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EP3367059A1 - Optoelectronic measuring device with magnetic compass and compensation functionality - Google Patents

Optoelectronic measuring device with magnetic compass and compensation functionality Download PDF

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Publication number
EP3367059A1
EP3367059A1 EP17158391.7A EP17158391A EP3367059A1 EP 3367059 A1 EP3367059 A1 EP 3367059A1 EP 17158391 A EP17158391 A EP 17158391A EP 3367059 A1 EP3367059 A1 EP 3367059A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring device
magnetic
external
compensation
field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP17158391.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP3367059B1 (en
Inventor
Silvio Gnepf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Vectronix AG
Original Assignee
Safran Vectronix AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Vectronix AG filed Critical Safran Vectronix AG
Priority to EP17158391.7A priority Critical patent/EP3367059B1/en
Priority to US15/905,809 priority patent/US10648808B2/en
Publication of EP3367059A1 publication Critical patent/EP3367059A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP3367059B1 publication Critical patent/EP3367059B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C17/00Compasses; Devices for ascertaining true or magnetic north for navigation or surveying purposes
    • G01C17/38Testing, calibrating, or compensating of compasses
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C17/00Compasses; Devices for ascertaining true or magnetic north for navigation or surveying purposes
    • G01C17/02Magnetic compasses
    • G01C17/04Magnetic compasses with north-seeking magnetic elements, e.g. needles
    • G01C17/20Observing the compass card or needle
    • G01C17/26Observing the compass card or needle using electric pick-offs for transmission to final indicator, e.g. photocell

Definitions

  • the invention relates to an optoelectronic measuring device, in particular target device, with an electronic magnetic compass for determining the azimuthal orientation of the measuring device and to a method for determining an azimuthal orientation of such an optoelectronic measuring device.
  • the invention relates to an automatic compensation of fixed device hard and soft magnetic disturbing influences due to different operating conditions of the meter.
  • a fourth is extrapolated from three magnetic states in each case in order to avoid an additional compensation procedure.
  • Such gauges are used, for example in object acquisition and geographic information system (GIS) data collection, to determine coordinates of distant objects.
  • GIS geographic information system
  • Such measuring devices can also be designed as portable target devices, which are used in particular for coordinate determinations of military target objects, such as, for example, B. in the US 7,325,320 B2 described.
  • Such determination of target coordinates requires the relative coordinates between the meter and the target object.
  • the target device is aligned with the target object and then the azimuthal and zenithal orientation of the target device relative to the ground is determined.
  • the determined angle values can then be provided together with a typical accuracy value at a data interface of the target device for transmission to a fire control device. From the Feuerleit Nurs can then have a fire unit fire effect be introduced into an area assigned to the transmitted destination coordinates.
  • the magnetic compass is the critical component. Due to the transmitted accuracy value of the azimuthal orientation, it is possible on the one hand to assess the effect of a fire effect to be introduced on the target object and, on the other hand, the probability of collateral damage. If there is a significant deviation between the actual and the given typical accuracy value, this judgment may be wrong.
  • These magnetic interference fields include so-called fixed interference fields associated with the measurement location and so-called device-fixed interference fields due to electrical currents as well as hard and soft magnetic materials of the device. in which the magnetic compass is installed.
  • apparatus-fixed interference fields of an apparatus with an electronic magnetic compass which has sensors for three-dimensional measuring of a magnetic and gravitational field, can be arithmetically compensated for determining azimuthal orientations of the apparatus by means of a vector equation.
  • the parameters of the vector equation must first be determined by means of an optimization method. This optimization method is based on values of a more or less rigid sequence of measurements of the magnetic and gravitational field at a measuring location. In doing so, the device is aligned differently in each case for each of these measurements. In this way, however, fixed magnetic interference fields can neither be compensated nor detected at the measuring location.
  • a generic optoelectronic measuring device with a magnetic compass and a compensation functionality for this is, for example, in the US 2015/0012234 A1 described.
  • compensation is essential. There are different compensation options for different sources of interference. If the magnetic conditions of a device with built-in magnetic compass change after compensation has already taken place, a new compensation must be carried out.
  • a compensation functionality for a digital magnetic compass (DMC) of a generic optoelectronic measuring device is described with several hard magnetic operating states. If the meter is not, or not only, freehand used, but is mounted or mounted on another device that also produces a device fixed interference field or even depending on the state of soft magnetic changes that affect the magnetic compass, that is in the EP 16171143.7 described method only conditionally applicable.
  • DMC digital magnetic compass
  • a user has such a measuring device that can be used in several different operating states, for example a state for visual observation and a state for observation in the infrared light, and the device is additionally used independently of these operating states in two different ways, Namely, on the one hand freehand and the other mounted on another device, the user has so far for each relevant operating condition and for each type of use perform a compensation, and save the parameters for later use. For two operating states and for two types of use four compensations.
  • the other device may in particular also be a firearm.
  • the weapon temperature change, shock
  • the compensation would therefore have to be repeated accordingly.
  • a further object of the invention is to provide such a measuring device and method with an improved handling capability for a user, in particular wherein an initial compensation of the magnetic compass can be carried out faster and with less effort.
  • a further object of the invention is to provide such a measuring device and method with a lower susceptibility to errors.
  • a further object is to provide such a measuring device that can be made lighter and smaller, in particular with regard to shielding the magnetic compass from other components of the measuring device or from external devices to which the measuring device is connected.
  • the derived fourth parameter set corresponds in particular to a parameter set that can be determined based on a fourth magnetic field set, which can be measured in a fourth overall state of the measuring device in which the measuring device assumes the second operating state and the second application state.
  • this is a handheld optoelectronic observation device.
  • it may have a display unit for displaying measurement data, for example the azimuthal orientation, and an interface for providing a signal that includes information about the azimuthal orientation for an external receiver, eg. B. a geographical Information System (GIS), a military fire control system or a hand-held data processing device.
  • GIS geographical Information System
  • the magnetic compass of the measuring device has at least three measuring sensors arranged fixed to the device for measuring a magnetic field and the direction of the gravitational field.
  • the compensation device has a memory unit for storing at least one of the different interference fields resulting magnetic offset, or an offset of the parameter sets, in particular an offset between the first and a further overall state of the measuring device, wherein the arithmetic unit for calculating the azimuthal orientation of the measuring device in dependence on a current state and based on the magnetic offset is configured.
  • the meter is configured to be attached to an external device that generates an external interference field, such as a tripod or a weapon.
  • an external interference field such as a tripod or a weapon.
  • it is attached to the external device, wherein the first and the second application state of the measuring device differ from each other with regard to the external interference field of the external device.
  • the meter may be configured to be attached to various external devices that generate different external interference fields, or to be attached to an external device that is configured to have at least two defined, repeatable states assuming that the external device generates a different external interference field in each of the states.
  • the compensation device has a detection unit for detecting a current operating and / or application state of the measuring device.
  • the detection unit can be configured to automatically detect the current operating or application state.
  • the switching on or off of an electrical system of the measuring device, or a change in position of a hard or soft magnetic component of the measuring device can be detected.
  • the detection unit is configured to establish a data connection with the external device, to receive data on a current state of the external device by means of the data connection, and to determine the current application state of the measurement device based on the data on the current state of the external device ,
  • the first and the second operating state of the measuring device differ from each other at least with regard to a current state of a switchable electrical system of the measuring device, in particular that the electrical system of the measuring device is switched on or off, and the detection unit is for detecting a current state of the electrical system designed.
  • the first and the second operating state can be in a current current and / or Distinguish voltage in the electrical system, and the detection unit configured to determine a current current and / or voltage in the electrical system.
  • the switchable electrical system may be, for example, a night vision system or a display device, in particular comprising an LCD display, have a brightness control, or be a GPS or a Bluetooth module.
  • the measuring device has at least one hard or soft magnetic component which is designed to occupy at least two different positions in or on the measuring device, wherein the first and the second operating state differ from each other in that the hard or soft magnetic component each having a different position.
  • the hard or soft magnetic component in particular a mechanical switch, z. B. be operated by a user tilt, turn or slide switch, or a motorized movable element, z. B. a movable in the context of a zooming optical element.
  • the compensation device is designed to instruct a user of the measuring device to execute the initial compensation within the scope of the compensation functionality, in particular by means of an output of instructions on a display unit of the measuring device.
  • the instructions may in particular include instructions for changing the operating or application state, that is, for example, instructions for switching on or off an electrical Systems, move a hard or soft magnetic component to another position, or mount the instrument on an external device.
  • a second aspect of the present invention relates to a method for compensating a magnetic compass, wherein the magnetic compass is part of a device - in particular an optoelectronic measuring device according to the first aspect -, wherein the device is configured to occupy at least two defined, repeatable operating states, and in each the operating states has a different device fixed magnetic interference field.
  • the derived fourth parameter set corresponds to a parameter set which can be determined based on a fourth magnetic field set that can be measured under the influence of the external interference field and the second interference field of the device located in the second operating state.
  • the external magnetic interference field is caused by attaching the device to an external device, or by a state change to an external device to which the device is attached, in particular wherein the external device generates the external magnetic interference field.
  • the device and the external device are rigidly attached to each other, in particular fixed.
  • this comprises an automatic detection of the first and second operating state of the device, in particular comprising detecting a current state of an electrical system of the device, and / or a current position of a hard or soft magnetic component of the device.
  • the invention also relates to a computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier, for carrying out the method according to the invention, in particular when the program is executed on an electronic data processing unit designed as compensation device of the measuring device according to the invention.
  • FIG. 1 shows an exemplary optoelectronic measuring device according to the invention 1.
  • the measuring device 1 shown here purely by way of example is configured as a hand-held observation device for observing a target object and for detecting coordinates of the target object.
  • it has, inter alia, a magnetic compass 10 for determining an azimuthal orientation of the measuring device 1 relative to the earth's magnetic field 11.
  • a magnetic compass 10 for such a device according to the invention for example, the DMC series of Vectronix can be used.
  • the meter 1 also has a compensation functionality for performing compensation of the magnetic compass 10 prior to detection of coordinates.
  • the measuring device 1 in addition to the hand-held application to various be designed to mount external devices.
  • a tripod 80 and a weapon 81 are shown here.
  • the external devices in particular if they have electrical components or components made of hard and / or soft magnetic materials, generate an external magnetic interference field that can influence the magnetic compass of the measuring device 1.
  • FIG. 3 1 shows an exemplary measuring arrangement for determining target coordinates of a distant target object 5.
  • the measuring arrangement has a measuring device 1, which is mounted on a stand 80, a GPS receiver 4 and a transmission device 7.
  • the target object 5 is formed here by a tracked vehicle, which has gone into position next to a house 6.
  • the components GPS receiver 4 and transmission device 7 shown here as external devices can alternatively also be integrated into the measuring device 1.
  • the measuring device 1 which is designed here as an observation device and has a sight binocular with a target axis Z, a laser rangefinder and a digital magnetic compass 10 are integrated.
  • the digital magnetic compass 10 is indicated as a small cuboid within the binoculars.
  • the azimuthal orientation a of the measuring device 1 relative to an imputed north direction N and the latter is determined via the digital magnetic compass 10, which has three magnetic field sensors arranged in a fixed position for three-dimensional measuring of a magnetic field M and two inclination sensors for measuring the direction of the gravitational field G of the earth zenitale orientation relative to a vertical determined.
  • N is the - in regional Scale location-dependent - disregard of the geomagnetic field compared to the geographic north direction considered. In a manner known per se, this can be done practically automatically by transmitting a declination value specific to the respective region from the GPS receiver 4 to the measuring device 1.
  • a correct compensation of device-fixed interference fields is a prerequisite for a correct determination of the azimuthal alignment, since device-fixed interference fields are in the immediate vicinity of the magnetic compass 10 and therefore not considered changes of device-fixed interference fields can cause considerable azimuth errors. Device-fixed interference fields are also taken into account in the calculated north direction N.
  • the difference between the magnetic inclination measured in determining the azimuthal orientation a and the magnetic inclination of the IGRF model is significant compared to the threshold value, then a stationary magnetic interference field of regional extent is present. In this case, the estimation of the accuracy of the azimuthal orientation a by the meter 1 is to be adjusted accordingly.
  • the accuracy of azimuthal orientations a can be set according to a compensation accuracy according to another method. This results from the arithmetic compensation of device-fixed interference fields and represents a maximum limit for the achievable accuracy of azimuthal orientations a, if device-fixed interference fields are present and these are compensated when determining azimuthal orientations a. In the present measuring arrangement without stationary interference fields, the accuracy of azimuthal orientations a is approximated by the Compensation accuracy determined.
  • the arithmetic compensation device-fixed interference fields is carried out according to the disclosure of DE 196 09 762 C1 via a vector equation whose parameters were determined by means of an optimization method.
  • the optimization method is based on values of a predetermined sequence of measurements of the magnetic and gravitational fields M and G, in which sequence the measuring device 1 is aligned differently in space at a measuring location.
  • the compensation accuracy is estimated using a statistical equalization method, which is based on the values of the sequence of measurements, taking into account the specified parameters of the vector equation.
  • a signal is provided at an interface of the measuring device 1, which, among other things, comprises the determined azimuthal orientation a and its estimated accuracy.
  • the signal provided is transmitted to the GPS receiver 4, taken into account in the calculation of the target coordinates and their estimated accuracy and transmitted via the transmission device 7 to a (not shown here) Feuerleit issued.
  • the receiver may also be a geographic information system (GIS) or other data processing system or device, in particular a handheld smartphone or a tablet computer.
  • GIS geographic information system
  • the accuracy can be estimated relatively reliably. As a result, a possible collateral damage to the house 6 can be detected in good time in the event of a planned fire action against the target coordinates.
  • Electronic measuring devices 1 like the one in FIG. 1 shown observation device generally have a variety of possible operating conditions. These operating conditions can lead to a different degree of disturbance of the magnetic field, which leads to a different indication of the azimuthal orientation by the magnetic compass. Possible causes of such magnetically variable states of a measuring device are in the FIGS. 4a, b and 5 illustrated.
  • FIGS. 4a and 4b an observation device 1 in the supervision.
  • the integrated inside the device magnetic compass 10 is shown with dotted lines.
  • two manually adjustable by a user of the device switches 40, 42 are shown here, which consist entirely or partially of hard or soft magnetic materials: a slide switch 40, for example, for continuously adjusting a zoom factor, and a rotary switch 42, For example, to turn on and off a night vision operation.
  • the two switches 40, 42 in each case assume a first position in FIG. 3a.
  • FIG. 3b shows a situation in which the Slide switch 40 from the first position 44 (see FIG. 4a ) was moved by a sliding movement 43 (in particular manually executed by a user) into a second position 44 '. Due to the hard and / or soft magnetic properties of the switch 40, thereby changing the device fixed interference field.
  • the magnetic field 11 is thus determined by the magnetic compass 10 with some deviation, offset or offset, and a soft magnetic influence depending on the direction and strength of the earth's magnetic field.
  • This offset 13 describes the difference between the determined magnetic field between the device state during the initial compensation and the device state during the coordinate measurement.
  • the device therefore preferably has a compensation device which is designed to detect the operating state of the device and to calculate a parameter offset value or to retrieve it from a data memory of the compensation device, depending on a first operating state during the compensation and a current operating state. This offset value is then taken into account in determining the actual azimuthal orientation of the device 1.
  • the positions of the two switches 40, 42 is automatically detected during the compensation. Subsequently, the positions are detected further, so that the position change 43 and / or the new position 44 'of the slide switch 40 is detected.
  • the resulting offset 13 is stored in a memory of the compensation unit and can be retrieved from this as needed and used to determine the alignment.
  • the recording of the positions can be carried out both continuously on an ongoing basis as well as on an occasion basis. In this case, occasion-related means in particular that the positions are detected at least whenever a compensation or a measurement is carried out. Alternatively, it is also possible to monitor a change in position, wherein the device state is also updated, for example, only when a change has been detected.
  • FIG. 5 shows the meter 1 in a schematic cross section with exemplary internal components.
  • the illustrated internal components comprise, on the one hand, the magnetic compass 10 with a compensation device 50 assigned thereto and, on the other hand, possible hard or soft magnetic interference sources which can adversely affect the determination of an azimuthal orientation by the magnetic compass 1.
  • Shown are an energy source in the form of a battery 20 and as a consumer purely by way of example a night vision device 22, a GPS module 24, an LCD display 26, and a motor 28 for operating a zoom device 30. Between the battery 25 and each of the consumers 22, 24, 26, 28 extends an electrical line 21, 23, 25, 27th
  • Both the lines and the consumers as switchable electrical systems possible electrical interference sources 21-28 for the magnetic compass 10 is a Compensation of the device 1 performed in a state in which the GPS module 24 and the LCD display 26 are turned on, ie corresponding currents flow through the electrical lines 23, 25 to the two consumers, these hard magnetic noise sources are compensated, so that the magnetic compass 10 in this state of the device 1 works reliably.
  • the night vision function may cause increased power consumption of the LCD display 26, thereby increasing the source of interference of the current flow to this electrical system.
  • the device has a compensation device 50, which is designed to detect the operating state of the device and to calculate a magnetic offset value or to retrieve it from a memory depending on a first operating state during the compensation and a current operating state.
  • the compensation device 50 is configured to detect the state of the individual electrical systems. The interference of each of these systems both in the on and off state on the magnetic compass 10 is known and preferably stored ex works in a memory of the compensation device 50.
  • the difference of the impairments, ie here the additional impairment by the switched-on night-vision device 22, is stored as an offset value in the memory of the compensation device 50 and is used to determine the current azimuthal orientation.
  • the zoom device 30 here has an adjustable optical element 32. This may also be partially hard or soft magnetic. Preferably, therefore, a position of the optical element 32 can be detected by the compensation device 50 and corresponding offset values are provided retrievable in the memory.
  • the “external” application states of the device are distinguished in this document, in which the magnetic compass is exposed to a respective different external magnetic field, in particular of a external device can be generated, near which the compass is positioned.
  • FIG. 6a the meter 1 held in the hand by a user 9 while it is in FIG. 6b is mounted on a handgun 81, which the user 9 uses together with the meter 1.
  • the magnetic compass 10 of the device detects in both cases the magnetic field 11, in the second case the FIG. 6b due to a magnetic interference field caused by the weapon 81 an offset 13 occurs with respect to the first case.
  • FIGS. 7a and 7b this is illustrated with a second example.
  • Figure 7a shows a first application state of the measuring device 1, in which it is mounted on an anti-tank weapon 82, which is here used by the user 9 hand-held.
  • the anti-tank weapon 82 which may be configured, for example, to shoot a guided missile or a grenade or as a turret, caused in this state, a first magnetic interference field.
  • FIG. 7b shows a second application state of the meter 1. It is still mounted on the same anti-tank weapon 82, this is now loaded.
  • the missile 85 and the anti-tank weapon 82 together create a different magnetic interference field than the anti-tank weapon 82 in FIG Figure 7a alone.
  • the magnetic field measured by the compass 10 accordingly has an offset 13.
  • examples of a change of an external hard and soft magnetic interference field include, among other things, mounting on a tripod or the use of a new battery.
  • the device-internal magnetic properties do not change, it is sufficient to carry out a compensation in the second (or further) application state only manually in an operating state of the device.
  • a compensation in the second (or further) application state only manually in an operating state of the device.
  • the values from the other compensations can be determined, as described below becomes.
  • a method for extrapolating a magnetic interference compensation parameter set from three other known parameter sets wherein a magnetic field sensor assembly is mounted on a support, which may be, for example, an observation device, and which contains both soft and hard magnetic materials in different positions and / or different states of magnetization, depending on the operating state of the use of the said carrier.
  • a first parameter set is determined in a first state
  • another parameter set in a second state is determined in a third
  • an additional magnetic interferer is attached to said carrier, and a parameter set determined in one of the two previous states. From the existing parameter sets, a suitable parameter set for the other state with the additional interferer is derived.
  • This method can be performed both at known ambient field strengths, i. H. for a physically correctly calibrated magnetometer on the carrier or for an uncalibrated magnetic field sensor assembly on the carrier, as well as for unknown ambient field strengths, d. H. at the same environmental field for all measurements or for different environmental field for each measurement.
  • the method applies to any number of internal states 1, 2, ..., N ("operating states”; FIGS. 4a-b, 5 ) and external states a, b, c, ... ("application states”; Figures 6a-b, 7a-b ) of the measuring device.
  • operating states FIGS. 4a-b, 5
  • external states a, b, c, ...
  • application states Figures 6a-b, 7a-b
  • a hard / soft magnetic compensation as implemented for example in the DMC-SX by Vectronix, determines M, respectively m, and o.
  • the device is only compensated in one of the states ZM soft / hard magnetic. All further Z 'M are extrapolated from the parameters of the previous states Z, Z' and the state ZM.
  • the sensor matrix M s and sensor offsets o s are known, stable and stored separately, for example by a factory measurement with storage in the DMC itself. This will de facto produce a calibrated magnetic field meter again.
  • the soft magnetic effects are relatively small, in the range 1E-2 of the earth's magnetic field.
  • the additional factor f Z ' / f Z is insignificant for use for direction finding. If the Z, Z 'measurements took place at the same location (for example, within the framework of a factory calibration), then it is one.
  • FIG. 8 is a flow chart illustrating an exemplary method of determining azimuthal alignment.
  • FIG. This begins with an initial compensation of the magnetic compass at the location of the measurement. Corresponding compensation data are stored. If the operating status is changed so that the device-fixed interference field changes, this is detected by the device (eg automatically or by user input). Depending on the change, a corresponding offset value, which represents the change of the device-fixed interference field and stored, for example ex-factory in a memory of the device, retrieved from this memory, as soon as the actual measurement is performed. Taking into account the original compensation data and the offset then the orientation can be determined without having to be compensated again. The orientation is used to calculate the measurement data displayed to the user. However, this method does not take into account that the device can also assume different application states with different external interference fields.
  • FIGS. 9a and 9b illustrate an initial compensation of the magnetic compass at each of several application
  • an initial compensation 100 is shown to be performed on all four necessary compensations as conventional.
  • the device is in the first application state 111 and in the first operating state 112.
  • first application state 111 the device is thus in the unmounted, hand-held state
  • first operating state 112 an infrared device of the device is turned off
  • first overall state a first magnetic field is now measured by the magnetic compass 113 and based thereon a first parameter set determined by a computing unit 114.
  • This parameter set which contains information about the first magnetic field of the first overall state, is then stored 150 in a data memory of the compensation device.
  • the device is placed in a second operating state 122, in particular manually by a user.
  • the application state remains initially unchanged 121.
  • the device is thus still in the hand-held state (unmounted), but the infrared device is now turned on, which generates a device-fixed interference field.
  • a second magnetic field is then measured 123 and based on this a second parameter set is determined 124. The latter is saved 150.
  • the device is placed in a second application state 131, that is, for example, mounted on an external device that generates an external magnetic interference field.
  • the first operating state is restored 132.
  • a third magnetic field is now measured 133 and, based thereon, a third parameter set is determined 134. The latter is stored 150.
  • the device is then left in the second application state 141, thus remaining mounted, for example, and the second operating state is again established 142.
  • a fourth magnetic field is measured 143 and, based thereon, a fourth parameter set is determined 144. The latter is stored 150.
  • the initial compensation 100 is completed and the device can be used as intended 200.
  • FIG. 9b an initial compensation 100 is shown, which can be used in a method according to the invention.
  • three successive states of the device are first prepared successively (steps 111, 112, 121, 122, 131, 132), wherein in each case a first, second and third magnetic field are measured (steps 113, 123, 133) and corresponding parameter sets determined (steps 114, 124, 134) and are stored 150.
  • the measurement in the fourth overall state advantageously does not apply here.
  • the fourth parameter set can be derived 145 from the three known parameter sets.
  • the fourth parameter set is stored 150, with which the initial compensation 100 is completed, and the device is used as intended (ie, as in eg FIG. 3 shown) can be used 200.

Landscapes

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  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Messgerät (1) mit einem elektronischen Magnetkompass (10) zum Bestimmen einer azimutalen Ausrichtung des Messgeräts und einer dem Magnetkompass zugeordneten Kompensationseinrichtung zum Kompensieren gerätefester Störfelder, wobei das Messgerät dazu ausgestaltet ist, mindestens zwei definierte, wiederholbare Betriebszustände einzunehmen, wobei das Messgerät in jedem der Betriebszustände ein unterschiedliches gerätefestes Störfeld aufweist, und die Kompensationseinrichtung eine Recheneinheit aufweist sowie eine Kompensationsfunktionalität zum Durchführen einer Initialkompensation des elektronischen Magnetkompasses in einem ersten und einem zweiten Betriebszustand des Messgerätes, wobei das Messgerät dazu ausgestaltet ist, mindestens zwei definierte, wiederholbare Anwendungszustände einzunehmen, wobei der Magnetkompass in jedem der Anwendungszustände einem unterschiedlichen externen magnetischen Störfeld ausgesetzt ist, und die Kompensationseinrichtung zusätzlich zum Kompensieren der externen Störfelder ausgestaltet ist, wobei die Kompensationseinrichtung dazu ausgestaltet ist, im Rahmen der Kompensationsfunktionalität mittels des Magnetkompasses ein erster, zweiter und dritter Magnetfeldsatz in einem ersten, zweiten und dritten Gesamtzustand des Messgerätes zu messen, und durch die Recheneinheit jeweils basierend auf dem ersten, zweiten und dritten Magnetfeldsatz einen ersten, zweiten und dritten Parametersatz zu bestimmen, und basierend auf dem ersten, zweiten und dritten Parametersatz einen vierten Parametersatz abzuleiten.The invention relates to an optoelectronic measuring device (1) having an electronic magnetic compass (10) for determining an azimuthal orientation of the measuring device and a compensating device assigned to the magnetic compass for compensating device-specific interference fields, wherein the measuring device is designed to assume at least two defined, repeatable operating states in each of the operating states, the measuring device has a different device-fixed interference field, and the compensation device has a computing unit and a compensation functionality for performing an initial compensation of the electronic magnetic compass in a first and a second operating state of the measuring device, the measuring device being configured to have at least two defined, repeatable ones Applying application states, wherein the magnetic compass in each of the application states is exposed to a different external magnetic interference field, and di e compensation device is additionally designed to compensate for the external interference fields, wherein the compensation device is configured to measure within the compensation functionality by means of the magnetic compass a first, second and third magnetic field set in a first, second and third overall state of the measuring device, and by the arithmetic unit respectively determine first, second, and third parameter sets based on the first, second, and third magnetic field sets, and derive a fourth parameter set based on the first, second, and third parameter sets.

Description

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Messgerät, insbesondere Zielgerät, mit einem elektronischen Magnetkompass zum Bestimmen der azimutalen Ausrichtung des Messgeräts sowie ein Verfahren zum Bestimmen einer azimutalen Ausrichtung eines solchen optoelektronischen Messgerätes. Insbesondere betrifft die Erfindung eine automatische Kompensation von gerätefesten hart- und weichmagnetischen Störeinflüssen aufgrund unterschiedlicher Betriebszustände des Messgerätes. Dabei wird erfindungsgemäss aus jeweils drei magnetischen Zuständen ein vierter extrapoliert, um eine zusätzliche Kompensationsprozedur zu vermeiden.The invention relates to an optoelectronic measuring device, in particular target device, with an electronic magnetic compass for determining the azimuthal orientation of the measuring device and to a method for determining an azimuthal orientation of such an optoelectronic measuring device. In particular, the invention relates to an automatic compensation of fixed device hard and soft magnetic disturbing influences due to different operating conditions of the meter. According to the invention, in each case a fourth is extrapolated from three magnetic states in each case in order to avoid an additional compensation procedure.

Derartige Messgeräte werden, beispielsweise bei der Objektaufnahme und Datensammlung für Geographische Informationssysteme (GIS), zum Bestimmen von Koordinaten entfernter Objekte eingesetzt. Solche Messgeräte können auch als tragbare Zielgeräte ausgebildet sein, die insbesondere bei Koordinatenbestimmungen militärischer Zielobjekte Verwendung finden, wie z. B. in der US 7,325,320 B2 beschrieben.Such gauges are used, for example in object acquisition and geographic information system (GIS) data collection, to determine coordinates of distant objects. Such measuring devices can also be designed as portable target devices, which are used in particular for coordinate determinations of military target objects, such as, for example, B. in the US 7,325,320 B2 described.

Ein derartiges Bestimmen von Zielkoordinaten erfordert die Relativkoordinaten zwischen dem Messgerät und dem Zielobjekt. Für diesen Zweck wird das Zielgerät auf das Zielobjekt ausgerichtet und dann die azimutale und die zenitale Ausrichtung des Zielgeräts relativ zur Erde bestimmt. Die bestimmten Winkelwerte können dann zusammen mit jeweils einem typischen Genauigkeitswert an einer Datenschnittstelle des Zielgeräts zur Übermittlung an eine Feuerleiteinrichtung bereitgestellt werden. Von der Feuerleiteinrichtung kann dann über eine Feuereinheit Feuerwirkung in ein den übermittelten Zielkoordinaten zugeordnetes Gebiet eingebracht werden.Such determination of target coordinates requires the relative coordinates between the meter and the target object. For this purpose, the target device is aligned with the target object and then the azimuthal and zenithal orientation of the target device relative to the ground is determined. The determined angle values can then be provided together with a typical accuracy value at a data interface of the target device for transmission to a fire control device. From the Feuerleiteinrichtung can then have a fire unit fire effect be introduced into an area assigned to the transmitted destination coordinates.

In Bezug auf die erzielbare Genauigkeit der zu bestimmenden Zielkoordinaten ist der Magnetkompass die kritische Komponente. Aufgrund des übermittelten Genauigkeitswerts der azimutalen Ausrichtung lässt sich einerseits der Effekt einer einzubringenden Feuerwirkung auf das Zielobjekt und andererseits die Wahrscheinlichkeit von Kollateralschäden beurteilen. Bei einer wesentlichen Abweichung zwischen dem effektiven und dem vorgegebenen typischen Genauigkeitswert kann diese Beurteilung falsch sein.With regard to the achievable accuracy of the target coordinates to be determined, the magnetic compass is the critical component. Due to the transmitted accuracy value of the azimuthal orientation, it is possible on the one hand to assess the effect of a fire effect to be introduced on the target object and, on the other hand, the probability of collateral damage. If there is a significant deviation between the actual and the given typical accuracy value, this judgment may be wrong.

Auch mit einem elektronischen Magnetkompass ist beim Bestimmen azimutaler Ausrichtungen nach wie vor grosse Vorsicht geboten, obwohl die Komponenten des Magnet- und Gravitationsfelds als solches mit ausreichender Gerätegenauigkeit messbar sind. Auch lässt sich heute, wie aus der US 4 949 089 bekannt, die Missweisung des Erdmagnetfelds von der geographischen Nordrichtung mittels der in militärischen GPS-Empfängern implementierten "Magnetic-Variation-Compensation" praktisch automatisch berücksichtigen. Da jedoch das gemessene Magnetfeld neben dem Erdmagnetfeld, dem Träger der Nordrichtungsinformation, in der Regel diesem überlagerte, magnetische Störfelder umfasst, kann die azimutale Ausrichtung relativ zur geographischen Nordrichtung dennoch oft nur mit einer sehr beschränkten Genauigkeit und Zuverlässigkeit, die ein Vielfaches der reinen Gerätegenauigkeit sein kann, bestimmt werden.Even with an electronic magnetic compass, great caution is still required in determining azimuthal orientations, although the components of the magnetic and gravitational field as such can be measured with sufficient accuracy of the instrument. Also, today, as from the US 4,949,089 known to take into account the failure of the geomagnetic field from the geographical north direction by means of the implemented in military GPS receivers "Magnetic Variation Compensation" practically automatically. However, since the measured magnetic field adjacent to the earth's magnetic field, the carrier of the north-direction information, usually includes this superimposed, magnetic interference fields, the azimuthal orientation relative to the geographic north direction can often only with a very limited accuracy and reliability, which are many times the pure device accuracy can be determined.

Diese magnetischen Störfelder umfassen dem Messort zugeordnete, sogenannte ortsfeste Störfelder und sogenannte gerätefeste Störfelder, die auf elektrische Ströme sowie hart- und weichmagnetische Materialien des Geräts zurückgehen, in das der Magnetkompass eingebaut ist.These magnetic interference fields include so-called fixed interference fields associated with the measurement location and so-called device-fixed interference fields due to electrical currents as well as hard and soft magnetic materials of the device. in which the magnetic compass is installed.

Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von verschiedenen Verfahren bekannt, die es ermöglichen, magnetische Störeinflüsse bei Magnetkompassen zu kompensieren. Wie beispielsweise aus der DE 196 09 762 C1 bekannt, lassen sich gerätefeste Störfelder eines Geräts mit einem elektronischen Magnetkompass, der Sensoren zum dreidimensionalen Messen eines Magnet- und Gravitationsfelds aufweist, beim Bestimmen azimutaler Ausrichtungen des Geräts mittels einer Vektorgleichung arithmetisch kompensieren. Die Parameter der Vektorgleichung müssen vorher mittels eines Optimierungsverfahrens bestimmt werden. Dieses Optimierungsverfahren basiert auf Werten einer mehr oder weniger starr vorgegebenen Abfolge von Messungen des Magnet- und Gravitationsfelds an einem Messort. Dabei wird das Gerät bei jeder dieser Messungen jeweils unterschiedlich im Raum ausgerichtet. Auf diese Weise können jedoch ortsfeste magnetische Störfelder weder kompensiert noch am Messort detektiert werden.From the prior art, a variety of different methods are known, which make it possible to compensate for magnetic interference in magnetic compasses. Such as from the DE 196 09 762 C1 As is known, apparatus-fixed interference fields of an apparatus with an electronic magnetic compass, which has sensors for three-dimensional measuring of a magnetic and gravitational field, can be arithmetically compensated for determining azimuthal orientations of the apparatus by means of a vector equation. The parameters of the vector equation must first be determined by means of an optimization method. This optimization method is based on values of a more or less rigid sequence of measurements of the magnetic and gravitational field at a measuring location. In doing so, the device is aligned differently in each case for each of these measurements. In this way, however, fixed magnetic interference fields can neither be compensated nor detected at the measuring location.

Ein gattungsgemässes optoelektronisches Messgerät mit einem Magnetkompass und einer Kompensationsfunktionalität für diesen wird beispielsweise in der US 2015/0012234 A1 beschrieben.A generic optoelectronic measuring device with a magnetic compass and a compensation functionality for this is, for example, in the US 2015/0012234 A1 described.

Um magnetische Störeinflüsse zumindest zu reduzieren oder vorzugsweise gänzlich zu eliminieren, ist eine Kompensation unumgänglich. Dabei existieren für unterschiedliche Störquellen unterschiedliche Kompensationsmöglichkeiten. Verändern sich die magnetischen Gegebenheiten eines Gerätes mit eingebautem magnetischem Kompass nach bereits erfolgter Kompensation, so muss zwangsläufig eine neue Kompensation durchgeführt werden.To at least reduce or preferably completely eliminate magnetic interference, compensation is essential. There are different compensation options for different sources of interference. If the magnetic conditions of a device with built-in magnetic compass change after compensation has already taken place, a new compensation must be carried out.

Oft tritt aber das Problem auf, dass der Anwender die eigentlich nötige Kompensation nicht durchführt, wodurch die Genauigkeit des Kompasses reduziert ist. Das Unterlassen der erneuten Kompensation resultiert dabei entweder aus Zeitmangel, aus der Unkenntnis des jeweiligen Anwenders, dass eine weitere Kompensation nötig ist, oder - da das Verfahren häufig als umständlich angesehen wird - auf Bequemlichkeit. Um die Zuverlässigkeit der Messungen auch unter Zeitdruck, oder bei wenige erfahrenen Benutzern zu gewährleisten, wäre es daher vorteilhaft, wenn die Zahl der auszuführenden Kompensationen reduziert werden könnte, bzw. wenn der Anwender nach einer Initialkompensation keine weiteren Kompensationen mehr durchführen müsste, nur weil der magnetische Zustand des Gerätes verändert wurde.Often, however, the problem arises that the user does not perform the actually necessary compensation, whereby the accuracy of the compass is reduced. The omission of the renewed compensation results either from lack of time, from the ignorance of the respective user that a further compensation is necessary, or - since the method is often regarded as cumbersome - on convenience. In order to ensure the reliability of the measurements even under time pressure, or with a few experienced users, it would therefore be advantageous if the number of compensations to be executed could be reduced, or if the user no longer had to carry out further compensations after an initial compensation, just because of the magnetic state of the device has been changed.

In der europäischen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer EP 16171143.7 wird eine Kompensationsfunktionalität für einen digitalen Magnetkompass (DMC) eines gattungsgemässen optoelektronischen Messgerätes mit mehreren hartmagnetischen Betriebszuständen beschrieben. Wird das Messgerät aber nicht, bzw. nicht nur, freihändig verwendet, sondern ist auf einem weiteren Gerät montiert bzw. montierbar, dass ebenfalls ein gerätefestes Störfeld erzeugt oder sogar je nach Zustand weichmagnetischen Änderungen unterliegt, die den Magnetkompass beeinflussen, ist das in der EP 16171143.7 beschriebene Verfahren nur noch bedingt anwendbar.In the European patent application with the application number EP 16171143.7 a compensation functionality for a digital magnetic compass (DMC) of a generic optoelectronic measuring device is described with several hard magnetic operating states. If the meter is not, or not only, freehand used, but is mounted or mounted on another device that also produces a device fixed interference field or even depending on the state of soft magnetic changes that affect the magnetic compass, that is in the EP 16171143.7 described method only conditionally applicable.

Hat ein Benutzer ein solches Messgerät, das in mehreren verschiedenen Betriebszuständen verwendet werden kann, also beispielsweise einem Zustand zur visuellen Beobachtung und einem Zustand zur Beobachtung im infraroten Licht, und soll das Gerät zusätzlich unabhängig von diesen Betriebszuständen auf zwei verschiedene Arten verwendet werden, nämlich zum einen freihändig und zum anderen montiert auf einem anderen Gerät, muss der Benutzer bisher für jeden relevanten Betriebszustand und für jede Verwendungsart je eine Kompensation durchführen, und die Parameter zur späteren Verwendung abspeichern. Bei zwei Betriebszuständen und bei zwei Verwendungsarten also vier Kompensationen.If a user has such a measuring device that can be used in several different operating states, for example a state for visual observation and a state for observation in the infrared light, and the device is additionally used independently of these operating states in two different ways, Namely, on the one hand freehand and the other mounted on another device, the user has so far for each relevant operating condition and for each type of use perform a compensation, and save the parameters for later use. For two operating states and for two types of use four compensations.

Das andere Gerät kann insbesondere auch eine Schusswaffe sein. In diesem Fall kann es beispielsweise durch Laden oder Entladen oder auch durch wiederholtes Abfeuern der Waffe (Temperaturänderung, Schock) zu magnetischen Veränderungen kommen. Die Kompensation müsste also dementsprechend oft wiederholt werden.The other device may in particular also be a firearm. In this case, for example, by loading or unloading or by repeated firing of the weapon (temperature change, shock) to magnetic changes. The compensation would therefore have to be repeated accordingly.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes optoelektronisches Messgerät mit einem Magnetkompass bereitzustellen, sowie ein verbessertes Verfahren zum Kompensieren eines Magnetkompasses.It is therefore an object of the invention to provide an improved opto-electronic measuring device with a magnetic compass, as well as an improved method for compensating a magnetic compass.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein solches Messgerät und Verfahren mit einer verbesserten Handhabbarkeit für einen Benutzer bereitzustellen, insbesondere wobei eine Initialkompensierung des Magnetkompasses schneller und mit weniger Aufwand durchführbar ist.A further object of the invention is to provide such a measuring device and method with an improved handling capability for a user, in particular wherein an initial compensation of the magnetic compass can be carried out faster and with less effort.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein solches Messgerät und Verfahren mit einer geringeren Fehleranfälligkeit bereitzustellen.A further object of the invention is to provide such a measuring device and method with a lower susceptibility to errors.

Eine weitere Aufgabe ist es, ein solches Messgerät bereitzustellen, dass leichter und kleiner ausgestaltet sein kann, insbesondere hinsichtlich einer Abschirmung des Magnetkompasses gegenüber anderen Komponenten des Messgerätes oder gegenüber externen Geräte, mit denen das Messgerät verbunden wird.A further object is to provide such a measuring device that can be made lighter and smaller, in particular with regard to shielding the magnetic compass from other components of the measuring device or from external devices to which the measuring device is connected.

Insbesondere ist es eine Aufgabe, ein solches Messgerät und Verfahren bereitzustellen, bei dem nach einer Initialkompensation keine weitere Kompensation durchgeführt werden muss, wenn eine bekannte externe magnetische Störung auftritt.In particular, it is an object to provide such a measuring device and method, in which after an initial compensation no further compensation must be performed when a known external magnetic interference occurs.

Mindestens eine dieser Aufgaben wird erfindungsgemäss durch ein optoelektronisches Messgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, bzw. das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Weitere alternative oder vorteilhafte Aus- bzw. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.At least one of these objects is achieved according to the invention by an optoelectronic measuring device having the features of patent claim 1 or the method having the features of claim 12. Further alternative or advantageous embodiments or developments of the invention are described in the dependent claims.

Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein optoelektronisches Messgerät mit einem elektronischen Magnetkompass zum Bestimmen einer azimutalen Ausrichtung des Messgeräts und einer dem Magnetkompass zugeordneten Kompensationseinrichtung zum Kompensieren gerätefester Störfelder. Dabei ist das Messgerät dazu ausgestaltet, mindestens zwei definierte, wiederholbare Betriebszustände einzunehmen, und weist in jedem der Betriebszustände ein unterschiedliches gerätefestes Störfeld auf. Die Kompensationseinrichtung weist eine Recheneinheit auf sowie eine Kompensationsfunktionalität zum Durchführen einer Initialkompensation des elektronischen Magnetkompasses in einem ersten und einem zweiten Betriebszustand des Messgerätes. Das Messgerät ist ausserdem dazu ausgestaltet, mindestens zwei definierte, wiederholbare Anwendungszustände einzunehmen, wobei der Magnetkompass in jedem der Anwendungszustände einem unterschiedlichen externen magnetischen Störfeld ausgesetzt ist, und die Kompensationseinrichtung ist zusätzlich zum Kompensieren der externen Störfelder ausgestaltet. Erfindungsgemäss ist die Kompensationseinrichtung dabei dazu ausgestaltet, im Rahmen der Kompensationsfunktionalität mittels des Magnetkompasses

  • einen ersten Magnetfeldsatz in einem ersten Gesamtzustand des Messgerätes zu messen, in dem das Messgerät den ersten Betriebszustand und einen ersten Anwendungszustand einnimmt,
  • einen zweiten Magnetfeldsatz in einem zweiten Gesamtzustand des Messgerätes zu messen, in dem das Messgerät den zweiten Betriebszustand und den ersten Anwendungszustand einnimmt, und
  • einen dritten Magnetfeldsatz in einem dritten Gesamtzustand des Messgerätes zu messen, in dem das Messgerät den ersten Betriebszustand und einen zweiten Anwendungszustand einnimmt, und
durch die Recheneinheit jeweils basierend auf dem ersten, zweiten und dritten Magnetfeldsatz einen ersten, zweiten und dritten Parametersatz zu bestimmen, und basierend auf dem ersten, zweiten und dritten Parametersatz einen vierten Parametersatz abzuleiten.A first aspect of the present invention relates to an optoelectronic measuring device with an electronic magnetic compass for determining an azimuthal orientation of the measuring device and a compensation device assigned to the magnetic compass for compensating device-fixed interference fields. In this case, the measuring device is designed to occupy at least two defined, repeatable operating states, and in each of the operating states has a different device-fixed interference field. The compensation device has a computing unit and a compensation functionality for performing an initial compensation of the electronic magnetic compass in a first and a second operating state of the measuring device. The meter is further configured to occupy at least two defined, repeatable application states wherein the magnetic compass is exposed to a different external magnetic field in each of the application states, and the compensation means is additionally configured to compensate for the external noise fields. According to the invention, the compensation device is designed to be part of the compensation functionality by means of the magnetic compass
  • to measure a first magnetic field set in a first overall state of the measuring device, in which the measuring device assumes the first operating state and a first application state,
  • to measure a second magnetic field set in a second overall state of the measuring device, in which the measuring device assumes the second operating state and the first application state, and
  • to measure a third magnetic field set in a third overall state of the measuring device, in which the measuring device assumes the first operating state and a second application state, and
by the arithmetic unit respectively based on the first, second and third magnetic field set to determine a first, second and third parameter set, and based on the first, second and third parameter set to derive a fourth parameter set.

Der abgeleitete vierte Parametersatz entspricht insbesondere einem Parametersatz, der basierend auf einem vierten Magnetfeldsatz bestimmbar ist, das in einem vierten Gesamtzustand des Messgerätes, in dem das Messgerät den zweiten Betriebszustand und den zweiten Anwendungszustand einnimmt, messbar ist.The derived fourth parameter set corresponds in particular to a parameter set that can be determined based on a fourth magnetic field set, which can be measured in a fourth overall state of the measuring device in which the measuring device assumes the second operating state and the second application state.

Gemäss einer Ausführungsform des Messgerätes ist dieses ein handhaltbares optoelektronisches Beobachtungsgerät. Insbesondere kann dieses eine Anzeigeeinheit zum Anzeigen von Messdaten, beispielsweise die azimutale Ausrichtung, aufweisen sowie eine Schnittstelle zum Bereitstellen eines Signals, das Information über die azimutale Ausrichtung umfasst, für einen externen Empfänger, z. B. ein Geographisches Informationssystem (GIS), eine militärische Feuerleiteinrichtung oder ein handhaltbares Datenverarbeitungsgerät.According to one embodiment of the measuring device, this is a handheld optoelectronic observation device. In particular, it may have a display unit for displaying measurement data, for example the azimuthal orientation, and an interface for providing a signal that includes information about the azimuthal orientation for an external receiver, eg. B. a geographical Information System (GIS), a military fire control system or a hand-held data processing device.

Gemäss einer weiteren Ausführungsform weist der Magnetkompass des Messgerätes mindestens drei gerätefest angeordnete Messsensoren zum Messen eines Magnetfelds und der Richtung des Gravitationsfelds auf.According to a further embodiment, the magnetic compass of the measuring device has at least three measuring sensors arranged fixed to the device for measuring a magnetic field and the direction of the gravitational field.

Gemäss einer weiteren Ausführungsform weist die Kompensationseinrichtung eine Speichereinheit auf zum Speichern mindestens eines aus den unterschiedlichen Störfeldern resultierenden magnetischen Versatzes, bzw. eines Versatzes der Parametersätze, insbesondere eines Versatzes zwischen dem ersten und einem weiteren Gesamtzustand des Messgerätes, wobei die Recheneinheit zum Berechnen der azimutalen Ausrichtung des Messgeräts in Abhängigkeit von einem aktuellen Zustand und basierend auf dem magnetischen Versatz ausgestaltet ist.According to a further embodiment, the compensation device has a memory unit for storing at least one of the different interference fields resulting magnetic offset, or an offset of the parameter sets, in particular an offset between the first and a further overall state of the measuring device, wherein the arithmetic unit for calculating the azimuthal orientation of the measuring device in dependence on a current state and based on the magnetic offset is configured.

In einer Ausführungsform ist das Messgerät dazu ausgestaltet, an einem externen Gerät angebracht zu werden, das ein externes Störfeld erzeugt, beispielsweise an einem Stativ oder einer Waffe. In mindestens einem der mindestens zwei Anwendungszustände ist es an dem externen Gerät angebracht, wobei der erste und der zweite Anwendungszustand des Messgerätes sich hinsichtlich des externen Störfeldes des externen Gerätes voneinander unterscheiden.In one embodiment, the meter is configured to be attached to an external device that generates an external interference field, such as a tripod or a weapon. In at least one of the at least two application states, it is attached to the external device, wherein the first and the second application state of the measuring device differ from each other with regard to the external interference field of the external device.

Insbesondere kann das Messgerät dazu ausgestaltet sein, an verschiedenen externen Geräten angebracht zu werden, die unterschiedliche externe Störfelder erzeugen, oder an einem externen Gerät angebracht zu werden, das dazu ausgestaltet ist, mindestens zwei definierte, wiederholbare Zustände einzunehmen, wobei das externe Gerät in jedem der Zustände ein unterschiedliches externes Störfeld erzeugt.In particular, the meter may be configured to be attached to various external devices that generate different external interference fields, or to be attached to an external device that is configured to have at least two defined, repeatable states assuming that the external device generates a different external interference field in each of the states.

In einer anderen Ausführungsform des Messgerätes weist die Kompensationseinrichtung eine Erfassungseinheit zum Erfassen eines aktuellen Betriebs- und/oder Anwendungszustandes des Messgerätes auf. Insbesondere kann die Erfassungseinheit dabei dazu ausgestaltet sein, den aktuellen Betriebs- bzw. Anwendungszustand automatisch zu erfassen.In another embodiment of the measuring device, the compensation device has a detection unit for detecting a current operating and / or application state of the measuring device. In particular, the detection unit can be configured to automatically detect the current operating or application state.

Zum Erfassen des Betriebszustands kann beispielsweise das Ein- bzw. Ausschalten eines elektrischen Systems des Messgerätes, oder eine Positionsveränderung eines hart- oder weichmagnetischen Bauteiles des Messgerätes erfasst werden.For detecting the operating state, for example, the switching on or off of an electrical system of the measuring device, or a change in position of a hard or soft magnetic component of the measuring device can be detected.

In einer Ausführungsform ist die Erfassungseinheit dazu ausgestaltet, eine Datenverbindung mit dem externen Gerät herzustellen, Daten über einen aktuellen Zustand des externen Gerätes mittels der Datenverbindung zu empfangen, und den aktuellen Anwendungszustand des Messgerätes basierend auf den Daten über den aktuellen Zustand des externen Gerätes zu ermitteln.In one embodiment, the detection unit is configured to establish a data connection with the external device, to receive data on a current state of the external device by means of the data connection, and to determine the current application state of the measurement device based on the data on the current state of the external device ,

In einer anderen Ausführungsform unterscheiden der erste und der zweite Betriebszustand des Messgerätes sich zumindest hinsichtlich eines aktuellen Zustandes eines zuschaltbaren elektrischen Systems des Messgerätes voneinander, insbesondere darin, dass das elektrische System des Messgerätes ein- bzw. ausgeschaltet ist, und die Erfassungseinheit ist zum Erkennen eines aktuellen Zustandes des elektrischen Systems ausgestaltet.In another embodiment, the first and the second operating state of the measuring device differ from each other at least with regard to a current state of a switchable electrical system of the measuring device, in particular that the electrical system of the measuring device is switched on or off, and the detection unit is for detecting a current state of the electrical system designed.

Insbesondere können der erste und der zweite Betriebszustand sich in einer aktuellen Stromstärke und/oder Spannung in dem elektrischen System voneinander unterscheiden, und die Erfassungseinheit zum Ermitteln einer aktuellen Stromstärke und/oder Spannung in dem elektrischen System ausgestaltet sein.In particular, the first and the second operating state can be in a current current and / or Distinguish voltage in the electrical system, and the detection unit configured to determine a current current and / or voltage in the electrical system.

Das zuschaltbare elektrische System kann beispielsweise ein Nachtsichtsystem oder eine Anzeigeeinrichtung sein, insbesondere aufweisend ein LCD-Display, eine Helligkeitsregelung aufweisen, oder auch ein GPS- oder ein Bluetooth-Modul sein.The switchable electrical system may be, for example, a night vision system or a display device, in particular comprising an LCD display, have a brightness control, or be a GPS or a Bluetooth module.

Gemäss einer weiteren Ausführungsform weist das Messgerät mindestens ein hart- oder weichmagnetisches Bauteil auf, das dazu ausgestaltet ist, mindestens zwei unterschiedliche Positionen im oder am Messgerät einzunehmen, wobei der erste und der zweite Betriebszustand sich darin voneinander unterscheiden, dass das hart- oder weichmagnetische Bauteil jeweils eine andere Position aufweist.According to a further embodiment, the measuring device has at least one hard or soft magnetic component which is designed to occupy at least two different positions in or on the measuring device, wherein the first and the second operating state differ from each other in that the hard or soft magnetic component each having a different position.

Das hart- oder weichmagnetische Bauteil kann insbesondere ein mechanischer Schalter, z. B. ein von einem Benutzer zu betätigender Kipp-, Dreh- oder Schiebeschalter, oder ein motorisiert verfahrbares Element sein, z. B. ein im Rahmen eines Zoom-Vorgangs verfahrbares optisches Element.The hard or soft magnetic component, in particular a mechanical switch, z. B. be operated by a user tilt, turn or slide switch, or a motorized movable element, z. B. a movable in the context of a zooming optical element.

Gemäss einer weiteren Ausführungsform ist die Kompensationseinrichtung dazu ausgestaltet, im Rahmen der Kompensationsfunktionalität einen Benutzer des Messgerätes zum Ausführen der Initialkompensation anzuleiten, insbesondere mittels einer Ausgabe von Handlungsanweisungen auf einer Anzeigeeinheit des Messgerätes. Die Handlungsanweisungen können insbesondere Anweisungen zum Verändern des Betriebs- oder Anwendungszustandes beinhalten, also beispielsweise Instruktionen zum Ein- oder Ausschalten eines elektrischen Systems, Bewegen eines hart- oder weichmagnetischen Bauteils in eine andere Position oder Montieren des Messgeräts auf einem externen Gerät.According to a further embodiment, the compensation device is designed to instruct a user of the measuring device to execute the initial compensation within the scope of the compensation functionality, in particular by means of an output of instructions on a display unit of the measuring device. The instructions may in particular include instructions for changing the operating or application state, that is, for example, instructions for switching on or off an electrical Systems, move a hard or soft magnetic component to another position, or mount the instrument on an external device.

Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation eines Magnetkompasses, wobei der Magnetkompass Teil eines Gerätes ist - insbesondere eines optoelektonischen Messgerätes gemäss den ersten Aspekt -, wobei das Gerät dazu ausgestaltet ist, mindestens zwei definierte, wiederholbare Betriebszustände einzunehmen, und in jedem der Betriebszustände ein unterschiedliches gerätefestes magnetisches Störfeld aufweist.A second aspect of the present invention relates to a method for compensating a magnetic compass, wherein the magnetic compass is part of a device - in particular an optoelectronic measuring device according to the first aspect -, wherein the device is configured to occupy at least two defined, repeatable operating states, and in each the operating states has a different device fixed magnetic interference field.

Das Verfahren umfasst

  • ein Messen eines ersten Magnetfeldsatzes mittels des Magnetkompasses unter dem Einfluss eines ersten Störfeldes des in einem ersten Betriebszustand befindlichen Gerätes,
  • ein Bestimmen eines ersten Parametersatzes basierend auf dem ersten Magnetfeldsatz,
  • ein Messen eines zweiten Magnetfeldsatzes mittels des Magnetkompasses unter dem Einfluss eines zweiten Störfeldes des in einem zweiten Betriebszustand befindlichen Gerätes,
  • ein Bestimmen eines zweiten Parametersatzes basierend auf dem zweiten Magnetfeldsatz,
  • ein Messen eines dritten Magnetfeldsatzes mittels des Magnetkompasses unter dem Einfluss eines externen Störfeldes und des ersten Störfeldes des in dem ersten Betriebszustand befindlichen Gerätes,
  • ein Bestimmen eines dritten Parametersatzes basierend auf dem dritten Magnetfeldsatz, und
  • ein Ableiten eines vierten Parametersatzes basierend auf dem ersten, zweiten und dritten Parametersatz.
The method comprises
  • measuring a first magnetic field set by means of the magnetic compass under the influence of a first interference field of the device in a first operating state,
  • determining a first parameter set based on the first magnetic field set,
  • measuring a second magnetic field set by means of the magnetic compass under the influence of a second interference field of the device in a second operating state,
  • determining a second parameter set based on the second magnetic field set,
  • measuring a third magnetic field set by means of the magnetic compass under the influence of an external interference field and the first interference field of the device in the first operating state,
  • determining a third parameter set based on the third magnetic field set, and
  • deriving a fourth parameter set based on the first, second and third parameter set.

Der abgeleitete vierte Parametersatz entspricht dabei einem Parametersatz, der basierend auf einem vierten Magnetfeldsatz bestimmbar ist, das unter dem Einfluss des externen Störfeldes und des zweiten Störfeldes des in dem zweiten Betriebszustand befindlichen Gerätes messbar ist.The derived fourth parameter set corresponds to a parameter set which can be determined based on a fourth magnetic field set that can be measured under the influence of the external interference field and the second interference field of the device located in the second operating state.

Gemäss einer Ausführungsform des Verfahrens wird das externe magnetische Störfeld durch ein Anbringen des Gerätes an einem externen Gerät, oder durch eine Zustandsänderung an einem externen Gerät an dem das Gerät angebracht ist, bewirkt, insbesondere wobei das externe Gerät das externe magnetische Störfeld erzeugt. Dabei sind das Gerät und das externe Gerät starr zueinander aneinander angebracht, insbesondere fixiert.According to an embodiment of the method, the external magnetic interference field is caused by attaching the device to an external device, or by a state change to an external device to which the device is attached, in particular wherein the external device generates the external magnetic interference field. The device and the external device are rigidly attached to each other, in particular fixed.

Gemäss einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses ein automatisches Erkennen des ersten und zweiten Betriebszustandes des Gerätes, insbesondere aufweisend ein Erkennen eines aktuellen Zustandes eines elektrischen Systems des Gerätes, und/oder einer aktuellen Position eines hart- oder weichmagnetischen Bauteiles des Gerätes.According to a further embodiment of the method, this comprises an automatic detection of the first and second operating state of the device, in particular comprising detecting a current state of an electrical system of the device, and / or a current position of a hard or soft magnetic component of the device.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Ausführung mindestens der folgenden Schritte des Verfahrens gemäss dem zweiten Aspekt, insbesondere wenn das Programm auf einer als Kompensationseinrichtung des Messgerätes gemäss dem ersten Aspekt ausgebildeten elektronischen Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird:

  • Bestimmen des ersten Parametersatzes basierend auf dem ersten Magnetfeldsatz,
  • Bestimmen des zweiten Parametersatzes basierend auf dem zweiten Magnetfeldsatz,
  • Bestimmen des dritten Parametersatzes basierend auf dem dritten Magnetfeldsatz, und
  • Ableiten des vierten Parametersatzes basierend auf dem ersten, zweiten und dritten Parametersatz.
A further aspect of the present invention relates to a computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier, for carrying out at least the following steps of the method according to the second aspect, in particular if the program is on an electronic data processing unit designed as compensation device of the measuring device according to the first aspect is performed:
  • Determining the first parameter set based on the first magnetic field set,
  • Determining the second parameter set based on the second magnetic field set,
  • Determining the third parameter set based on the third magnetic field set, and
  • Deriving the fourth parameter set based on the first, second and third parameter set.

Die Erfindung betrifft ausserdem ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens, insbesondere wenn das Programm auf einer als Kompensationseinrichtung des erfindungsgemässen Messgerätes ausgebildeten elektronischen Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird.The invention also relates to a computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier, for carrying out the method according to the invention, in particular when the program is executed on an electronic data processing unit designed as compensation device of the measuring device according to the invention.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1
eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Messgeräts mit Magnetkompass;
Fig. 2a-b
das Messgerät aus Fig. 1, montierbar auf verschiedene externe Geräte, hier ein Stativ und eine Waffe;
Fig. 3
eine beispielhafte Messanordnung zum Bestimmen von Zielkoordinaten eines entfernten Objekts mit einem Messgerät mit Magnetkompass auf einem Stativ;
Fig. 4a-b
zwei beispielhafte Betriebszustände eines erfindungsgemässen Messgeräts mit jeweils unterschiedlichem gerätefesten Störfeld;
Fig. 5
eine beispielhafte Anordnung von das gerätefeste Störfeld beeinträchtigenden elektrischen Systemen eines erfindungsgemässen Messgeräts;
Fig. 6a-b
zwei beispielhafte Betriebszustände eines erfindungsgemässen Messgeräts mit jeweils unterschiedlichem externen Störfeld;
Fig. 7a-b
zwei weitere beispielhafte Betriebszustände eines erfindungsgemässen Messgeräts mit jeweils unterschiedlichem externen Störfeld;
Fig. 8
ein Flussdiagramm zur Illustration eines beispielhaften Verfahrens zum Bestimmen einer azimutalen Ausrichtung; und
Fig. 9a-b
Flussdiagramme und zur Illustration eines beispielhaften Verfahrens zur Initialkompensation.
The invention will be explained in more detail with reference to figures. In a schematic representation:
Fig. 1
an exemplary embodiment of an inventive measuring device with magnetic compass;
Fig. 2a-b
the meter off Fig. 1 , mountable on various external devices, here a tripod and a weapon;
Fig. 3
an exemplary measuring arrangement for determining target coordinates of a remote object with a measuring device with magnetic compass on a tripod;
Fig. 4a-b
two exemplary operating states of a measuring device according to the invention, each with a different field-fixed interference field;
Fig. 5
an exemplary arrangement of the equipment fixed interference affecting electrical systems of a measuring device according to the invention;
Fig. 6a-b
two exemplary operating states of a measuring device according to the invention, each with a different external interference field;
Fig. 7a-b
two further exemplary operating states of a measuring device according to the invention, each with a different external interference field;
Fig. 8
a flowchart illustrating an exemplary method for determining an azimuthal orientation; and
Fig. 9a-b
Flowcharts and to illustrate an exemplary method for initial compensation.

Figur 1 zeigt ein beispielhaftes erfindungsgemässes optoelektronisches Messgerät 1. Das hier rein beispielhaft dargestellte Messgerät 1 ist als ein handhaltbares Beobachtungsgerät zur Beobachtung eines Zielobjekts und zur Erfassung von Koordinaten des Zielobjekts ausgestaltet. Zu diesem Zweck weist es unter anderem einen Magnetkompass 10 zur Bestimmung einer azimutalen Ausrichtung des Messgerätes 1 relativ zum Erdmagnetfeld 11 auf. Als Magnetkompass 10 für ein solches erfindungsgemässes Gerät ist beispielsweise die DMC-Serie von Vectronix verwendbar. Das Messgerät 1 weist ausserdem eine Kompensationsfunktionalität auf zum Durchführen einer Kompensation des Magnetkompasses 10 vor einem Erfassen von Koordinaten. FIG. 1 shows an exemplary optoelectronic measuring device according to the invention 1. The measuring device 1 shown here purely by way of example is configured as a hand-held observation device for observing a target object and for detecting coordinates of the target object. For this purpose, it has, inter alia, a magnetic compass 10 for determining an azimuthal orientation of the measuring device 1 relative to the earth's magnetic field 11. As a magnetic compass 10 for such a device according to the invention, for example, the DMC series of Vectronix can be used. The meter 1 also has a compensation functionality for performing compensation of the magnetic compass 10 prior to detection of coordinates.

Wie in den Figuren 2a und 2b illustriert, kann das Messgerät 1 neben der handgehaltenen Anwendung auch auf verschiedene externe Geräte montierbar ausgestaltet sein. Rein beispielhaft sind hier ein Stativ 80 und eine Waffe 81 dargestellt. Die externen Geräte, insbesondere wenn sie elektrische Komponenten oder Bauteile aus hart- und/oder weichmagnetischen Materialien aufweisen, erzeugen ein externes magnetisches Störfeld, das den Magnetkompass des Messgerätes 1 beeinflussen kann.As in the FIGS. 2a and 2b illustrated, the measuring device 1 in addition to the hand-held application to various be designed to mount external devices. By way of example, a tripod 80 and a weapon 81 are shown here. The external devices, in particular if they have electrical components or components made of hard and / or soft magnetic materials, generate an external magnetic interference field that can influence the magnetic compass of the measuring device 1.

Figur 3 zeigt eine beispielhafte Messanordnung zum Bestimmen von Zielkoordinaten eines entfernten Zielobjekts 5. Die Messanordnung weist ein Messgerät 1, das auf einem Stativ 80 befestigt ist, einen GPS-Empfänger 4 und eine Übertragungseinrichtung 7 auf. Das Zielobjekt 5 wird hier von einem Kettenfahrzeug gebildet, das neben einem Haus 6 in Stellung gegangen ist. Die hier als externe Geräte dargestellten Komponenten GPS-Empfänger 4 und Übertragungseinrichtung 7 können alternativ auch in das Messgerät 1 integriert sein. FIG. 3 1 shows an exemplary measuring arrangement for determining target coordinates of a distant target object 5. The measuring arrangement has a measuring device 1, which is mounted on a stand 80, a GPS receiver 4 and a transmission device 7. The target object 5 is formed here by a tracked vehicle, which has gone into position next to a house 6. The components GPS receiver 4 and transmission device 7 shown here as external devices can alternatively also be integrated into the measuring device 1.

Im Messgerät 1, das hier als Beobachtungsgerät ausgebildet ist und ein Zielfernglas mit einer Zielachse Z aufweist, sind ein Laserentfernungsmesser und ein digitaler Magnetkompass 10 integriert. Im Gegensatz zum Laserentfernungsmesser ist der digitale Magnetkompass 10 als kleiner Quader innerhalb des Fernglases zeichnerisch angedeutet. Über den digitalen Magnetkompass 10, der hier drei gerätefest angeordnete Magnetfeldsensoren zum drei-dimensionalen Messen eines Magnetfelds M und zwei Neigungssensoren zum Messen der Richtung des Gravitationsfelds G der Erde aufweist, wird die azimutale Ausrichtung a des Messgeräts 1 relativ zu einer kalkulatorischen Nordrichtung N und dessen zenitale Ausrichtung relativ zur einer Lotrechten bestimmt.In the measuring device 1, which is designed here as an observation device and has a sight binocular with a target axis Z, a laser rangefinder and a digital magnetic compass 10 are integrated. In contrast to the laser rangefinder, the digital magnetic compass 10 is indicated as a small cuboid within the binoculars. The azimuthal orientation a of the measuring device 1 relative to an imputed north direction N and the latter is determined via the digital magnetic compass 10, which has three magnetic field sensors arranged in a fixed position for three-dimensional measuring of a magnetic field M and two inclination sensors for measuring the direction of the gravitational field G of the earth zenitale orientation relative to a vertical determined.

Bei der kalkulatorischen Nordrichtung N ist die - in regionalem Massstab ortsabhängige - Missweisung des Erdmagnetfelds gegenüber der geographischen Nordrichtung berücksichtigt. In an sich bekannter Weise kann dies durch Übermitteln eines für die jeweilige Region spezifischen Deklinationswerts vom GPS-Empfänger 4 zum Messgerät 1 praktisch automatisch erfolgen.At the calculated north direction N is the - in regional Scale location-dependent - disregard of the geomagnetic field compared to the geographic north direction considered. In a manner known per se, this can be done practically automatically by transmitting a declination value specific to the respective region from the GPS receiver 4 to the measuring device 1.

Ebenso wie die Berücksichtigung des korrekten Deklinationswerts ist eine korrekte Kompensation gerätefester Störfelder eine Grundvoraussetzung für ein korrektes Bestimmen der azimutalen Ausrichtung, da sich gerätefeste Störfelder in unmittelbarer Nachbarschaft zum Magnetkompass 10 befinden und daher nicht berücksichtigte Änderungen gerätefester Störfelder beachtliche Azimutfehler verursachen können. Auch gerätefeste Störfelder sind hier bei der kalkulatorischen Nordrichtung N berücksichtigt.As well as the consideration of the correct declination value, a correct compensation of device-fixed interference fields is a prerequisite for a correct determination of the azimuthal alignment, since device-fixed interference fields are in the immediate vicinity of the magnetic compass 10 and therefore not considered changes of device-fixed interference fields can cause considerable azimuth errors. Device-fixed interference fields are also taken into account in the calculated north direction N.

Da bei dieser Messanordnung die gerätefesten Störfelder korrekt kompensiert werden und sich keine ortsfesten Störfelder von lokalem Massstab in der Nähe des Messgeräts 1 befinden, liegt ein im Wesentliches homogenes Magnetfeld M, in dem azimutale Ausrichtungen a relativ zueinander korrekt ohne Kreisfehler bestimmt werden können. Diese Homogenität wird zusätzlich durch die Befestigung des Messgeräts 1 auf dem Stativ erhöht, da der Magnetkompass 10 nur innerhalb eines sehr kleinen Messraums von einigen wenigen Zentimetern bewegt werden kann.Since fixed interference fields are correctly compensated in this measuring arrangement and there are no stationary interference fields of local scale in the vicinity of the measuring device 1, there is a substantially homogeneous magnetic field M in which azimuthal orientations a can be correctly determined relative to one another without circular errors. This homogeneity is additionally increased by the attachment of the measuring device 1 on the stand, since the magnetic compass 10 can only be moved within a very small measuring space of a few centimeters.

Ortsfeste magnetische Störfelder von regionalem Massstab, welche einen konstanten Azimutfehler verursachen, können zum Schätzen der Genauigkeit azimutaler Ausrichtungen a detektiert und grob abgeschätzt werden. Bei diesem Verfahren wird mit dem digitalen Magnetkompass 10 bei einem Bestimmen einer azimutalen Ausrichtung a gleichzeitig wenigstens eine Feldgrösse des Magnet- und Gravitationsfelds G und M, hier die magnetische Inklination, bereitgestellt. Da hier der Messort, beispielsweise über den GPS-Empfänger 4, dem Messgerät 1 bekannt ist, kann die gemessene magnetische Inklination selbsttätig mit der regional ortsabhängigen magnetischen Inklination eines Modells des Erdmagnetfelds - hier des IGRF-Modells - im Lichte eines vorgegebenen Schwellwerts beurteilt und eine Genauigkeit der azimutalen Ausrichtung a festgesetzt werden.Fixed magnetic regional field interferences that cause a constant azimuth error can be detected and estimated roughly to estimate the accuracy of azimuth alignments a. In this method, with the digital magnetic compass 10, when determining an azimuthal orientation a, it becomes coincident at least one field size of the magnetic and gravitational field G and M, here the magnetic inclination provided. Since the measuring location is known here, for example via the GPS receiver 4, the measuring device 1, the measured magnetic inclination can be evaluated automatically with the regionally location-dependent magnetic inclination of a model of the earth's magnetic field - here the IGRF model - in the light of a predetermined threshold value and a Accuracy of the azimuthal orientation a be set.

Ist die Differenz zwischen der beim Bestimmen der azimutalen Ausrichtung a gemessenen magnetischen Inklination und der magnetischen Inklination des IGRF-Modells im Vergleich zum Schwellwert bedeutend, so ist ein ortsfestes magnetisches Störfeld von regionalem Ausmass vorhanden. In diesem Fall ist die Schätzung der Genauigkeit der azimutalen Ausrichtung a durch das Messgerät 1 entsprechend anzupassen.If the difference between the magnetic inclination measured in determining the azimuthal orientation a and the magnetic inclination of the IGRF model is significant compared to the threshold value, then a stationary magnetic interference field of regional extent is present. In this case, the estimation of the accuracy of the azimuthal orientation a by the meter 1 is to be adjusted accordingly.

Ist hingegen die Differenz im Vergleich zum Schwellwert unbedeutend, so dürfte kein bedeutendes, ortsfestes magnetisches Störfeld von regionalem Ausmass vorhanden sein. Da hier zudem kein ortsfestes Störfeld von lokalem Massstab in der Nähe des Messgeräts 1 vorhanden ist und die Missweisung sowie die gerätefesten Störfelder korrekt berücksichtigt sind, kann gemäss einem weiteren Verfahren die Genauigkeit azimutaler Ausrichtungen a entsprechend einer Kompensationsgenauigkeit festgesetzt werden. Diese resultiert aus der arithmetischen Kompensation gerätefester Störfelder und stellt eine Höchstgrenze für die erreichbare Genauigkeit azimutaler Ausrichtungen a dar, wenn gerätefeste Störfelder vorhanden sind und diese beim Bestimmen azimutaler Ausrichtungen a kompensiert werden. Bei der vorliegenden Messanordnung ohne ortsfeste Störfelder wird die Genauigkeit azimutaler Ausrichtungen a in guter Näherung durch die Kompensationsgenauigkeit bestimmt.If, on the other hand, the difference is insignificant compared to the threshold value, then no significant, stationary magnetic interference field of regional extent is likely to be present. In addition, since there is no fixed local field disturbance in the vicinity of the measuring device 1 and the distortion and fixed interference fields are correctly taken into account, the accuracy of azimuthal orientations a can be set according to a compensation accuracy according to another method. This results from the arithmetic compensation of device-fixed interference fields and represents a maximum limit for the achievable accuracy of azimuthal orientations a, if device-fixed interference fields are present and these are compensated when determining azimuthal orientations a. In the present measuring arrangement without stationary interference fields, the accuracy of azimuthal orientations a is approximated by the Compensation accuracy determined.

Die arithmetische Kompensation gerätefester Störfelder erfolgt gemäss der Offenbarung der DE 196 09 762 C1 über eine Vektorgleichung, deren Parameter mittels eines Optimierungsverfahrens bestimmt wurden. Das Optimierungsverfahren basiert auf Werten einer vorgegebenen Abfolge von Messungen des Magnet- und Gravitationsfelds M und G, bei welcher Abfolge das Messgerät 1 an einem Messort jeweils unterschiedlich im Raum ausgerichtet ist. Die Kompensationsgenauigkeit wird mit Hilfe eines Verfahrens der statistischen Ausgleichsrechnung geschätzt, welches unter Berücksichtigung der festgelegten Parameter der Vektorgleichung auf den Werten der Abfolge von Messungen basiert.The arithmetic compensation device-fixed interference fields is carried out according to the disclosure of DE 196 09 762 C1 via a vector equation whose parameters were determined by means of an optimization method. The optimization method is based on values of a predetermined sequence of measurements of the magnetic and gravitational fields M and G, in which sequence the measuring device 1 is aligned differently in space at a measuring location. The compensation accuracy is estimated using a statistical equalization method, which is based on the values of the sequence of measurements, taking into account the specified parameters of the vector equation.

Nachdem die azimutale Ausrichtung a des auf das Zielobjekt 5 ausgerichteten Messgeräts 1 bestimmt ist, wird an einer Schnittstelle des Messgeräts 1 ein Signal bereitgestellt, das unter anderem die bestimmte azimutale Ausrichtung a und deren geschätzte Genauigkeit umfasst. Das bereitgestellte Signal wird zum GPS-Empfänger 4 übermittelt, dort bei der Berechnung der Zielkoordinaten und deren geschätzter Genauigkeit berücksichtigt und über die Übertragungseinrichtung 7 zu einer (hier nicht dargestellten) Feuerleiteinrichtung übertragen. Anstelle einer militärischen Feuerleiteinrichtung, insbesondere bei zivilen Anwendungen, kann der Empfänger auch ein Geographisches Informationssystem (GIS) oder ein sonstiges Datenverarbeitungssystem bzw. -gerät sein, insbesondere ein handhaltbares Smartphone oder ein Tablet-Computer.After the azimuthal orientation a of the measuring device 1 aligned with the target object 5 is determined, a signal is provided at an interface of the measuring device 1, which, among other things, comprises the determined azimuthal orientation a and its estimated accuracy. The signal provided is transmitted to the GPS receiver 4, taken into account in the calculation of the target coordinates and their estimated accuracy and transmitted via the transmission device 7 to a (not shown here) Feuerleiteinrichtung. Instead of a military fire control device, especially in civil applications, the receiver may also be a geographic information system (GIS) or other data processing system or device, in particular a handheld smartphone or a tablet computer.

Aufgrund im Messgerät 1 implementierter Verfahren zum Schätzen der Genauigkeit der azimutalen Ausrichtung a, kann die Genauigkeit relativ zuverlässig abgeschätzt werden. Dadurch kann bei einer gegen die Zielkoordinaten geplanten Feuerwirkung ein möglicher Kollateralschaden am Haus 6 rechtzeitig erkannt werden.Due to the method of estimating the accuracy of the azimuthal alignment a implemented in the measuring device 1, the accuracy can be estimated relatively reliably. As a result, a possible collateral damage to the house 6 can be detected in good time in the event of a planned fire action against the target coordinates.

Elektronische Messgeräte 1 wie das in Figur 1 dargestellte Beobachtungsgerät weisen in der Regel eine Vielzahl an möglichen Betriebszuständen auf. Diese Betriebszustände können zu einer unterschiedlich ausgeprägten Störung des Magnetfeldes führen, was zu einer unterschiedlichen Angabe der azimutalen Ausrichtung durch den Magnetkompass führt. Mögliche Ursachen für solche magnetisch veränderliche Zustände eines Messgerätes werden in den Figuren 4a,b und 5 illustriert.Electronic measuring devices 1 like the one in FIG. 1 shown observation device generally have a variety of possible operating conditions. These operating conditions can lead to a different degree of disturbance of the magnetic field, which leads to a different indication of the azimuthal orientation by the magnetic compass. Possible causes of such magnetically variable states of a measuring device are in the FIGS. 4a, b and 5 illustrated.

Dabei zeigen die Figuren 4a und 4b ein Beobachtungsgerät 1 in der Aufsicht. Der im Inneren des Gerätes integrierte Magnetkompass 10 ist mit gepunkteten Linien dargestellt. Auf dem Beobachtungsgerät 1 sind hier beispielhaft zwei durch einen Benutzer des Gerätes von Hand verstellbare Schalter 40, 42 dargestellt, die ganz oder teilweise aus hart- oder weichmagnetischen Materialien bestehen: ein Schiebeschalter 40, beispielsweise zum stufenlosen Einstellen eines Zoomfaktors, und ein Drehschalter 42, beispielsweise zum Ein- und Ausschalten eines Nachtsichtbetriebs. Die beiden Schalter 40, 42 nehmen dabei in Figur 3a jeweils eine erste Position ein.The show FIGS. 4a and 4b an observation device 1 in the supervision. The integrated inside the device magnetic compass 10 is shown with dotted lines. On the observation device 1, two manually adjustable by a user of the device switches 40, 42 are shown here, which consist entirely or partially of hard or soft magnetic materials: a slide switch 40, for example, for continuously adjusting a zoom factor, and a rotary switch 42, For example, to turn on and off a night vision operation. The two switches 40, 42 in each case assume a first position in FIG. 3a.

Wird eine Kompensation des Magnetkompasses 10 in diesem Betriebszustand des Gerätes 1 durchgeführt, d. h. mit diesen Positionen der beiden Schalter 40, 42, so ist eine hochgenaue Bestimmung der azimutalen Ausrichtung anhand des Magnetfeldes 11 auch nur in diesem Betriebszustand möglich.If a compensation of the magnetic compass 10 is carried out in this operating state of the device 1, d. H. With these positions of the two switches 40, 42, a highly accurate determination of the azimuthal orientation based on the magnetic field 11 is possible only in this operating state.

In Figur 3b ist eine Situation dargestellt, in welcher der Schiebeschalter 40 von der ersten Position 44 (siehe Figur 4a) durch eine Schiebebewegung 43 (insbesondere manuell ausgeführt durch einen Benutzer) in eine zweite Position 44' bewegt wurde. Aufgrund der hart- und/oder weichmagnetischen Eigenschaften des Schalters 40, ändert sich dadurch das gerätefeste Störfeld. Das Magnetfeld 11 wird folglich durch den Magnetkompass 10 mit einer gewissen Abweichung, dem Versatz oder Offset, und einem weichmagnetischen Einfluss abhängig von der Richtung und Stärke des Erdmagnetfeldes ermittelt. Dieser Versatz 13 beschreibt dabei den Unterschied des ermittelten Magnetfelds zwischen dem Gerätezustand während der Initialkompensation und dem Gerätezustand während der Koordinatenmessung.FIG. 3b shows a situation in which the Slide switch 40 from the first position 44 (see FIG. 4a ) was moved by a sliding movement 43 (in particular manually executed by a user) into a second position 44 '. Due to the hard and / or soft magnetic properties of the switch 40, thereby changing the device fixed interference field. The magnetic field 11 is thus determined by the magnetic compass 10 with some deviation, offset or offset, and a soft magnetic influence depending on the direction and strength of the earth's magnetic field. This offset 13 describes the difference between the determined magnetic field between the device state during the initial compensation and the device state during the coordinate measurement.

Aufgrund des entstehenden Versatzes 13 müsste bei Geräten und Verfahren des Standes der Technik nun eigentlich eine neue Kompensation erfolgen, was für den Benutzer aber zeitaufwendig wäre und daher oft lästig. Oft führen das Unwissen über die Notwendigkeit einer erneuten Kompensation oder die Mühseligkeit des Verfahrens dazu, dass der Anwender keine erneute Kompensation durchführt, was die Genauigkeit des Kompasses 10 reduziert.Due to the resulting offset 13 would be in devices and methods of the prior art now actually be a new compensation, which would be time-consuming for the user and therefore often annoying. Often, ignorance of the need for re-compensation or the difficulty of the process results in the user refraining from compensating, which reduces the accuracy of the compass 10.

Das Gerät weist daher vorzugsweise eine Kompensationseinrichtung auf, die dazu ausgestaltet ist, den Betriebszustand des Gerätes zu erfassen und - abhängig von einem ersten Betriebszustand während der Kompensation und einem aktuellen Betriebszustand - einen Parameterversatzwert zu berechnen bzw. aus einem Datenspeicher der Kompensationseinrichtung abzurufen. Dieser Versatzwert wird dann bei der Ermittlung der tatsächlichen azimutalen Ausrichtung des Geräts 1 berücksichtigt.The device therefore preferably has a compensation device which is designed to detect the operating state of the device and to calculate a parameter offset value or to retrieve it from a data memory of the compensation device, depending on a first operating state during the compensation and a current operating state. This offset value is then taken into account in determining the actual azimuthal orientation of the device 1.

Mit Bezug zu den Figuren 4a und 4b bedeutet dies, dass zunächst die Positionen der beiden Schalter 40, 42 während der Kompensation automatisch erfasst wird. Anschliessend werden die Positionen weiter erfasst, sodass der Positionswechsel 43 und/oder die neue Position 44' des Schiebeschalters 40 erkannt wird. Der daraus resultierende Versatz 13 ist in einem Speicher der Kompensationseinheit hinterlegt und kann aus diesem bei Bedarf abgerufen und zur Bestimmung der Ausrichtung herangezogen werden. Das Erfassen der Positionen kann sowohl kontinuierlich fortlaufend als auch anlassbezogen erfolgen. Anlassbezogen bedeutet dabei insbesondere, dass die Positionen zumindest immer dann erfasst werden, wenn eine Kompensation oder eine Messung durchgeführt wird. Alternativ kann auch eine Positionsänderung überwacht werden, wobei der Gerätezustand beispielsweise auch nur bei einer erkannten Änderung aktualisiert wird.Related to the FIGS. 4a and 4b this means that First, the positions of the two switches 40, 42 is automatically detected during the compensation. Subsequently, the positions are detected further, so that the position change 43 and / or the new position 44 'of the slide switch 40 is detected. The resulting offset 13 is stored in a memory of the compensation unit and can be retrieved from this as needed and used to determine the alignment. The recording of the positions can be carried out both continuously on an ongoing basis as well as on an occasion basis. In this case, occasion-related means in particular that the positions are detected at least whenever a compensation or a measurement is carried out. Alternatively, it is also possible to monitor a change in position, wherein the device state is also updated, for example, only when a change has been detected.

Figur 5 zeigt das Messgerät 1 in einem schematischen Querschnitt mit beispielhaften internen Komponenten. Die dargestellten internen Komponenten umfassen zum einen den Magnetkompass 10 mit einer diesem zugeordneten Kompensationseinrichtung 50 und zum anderen mögliche hart- oder weichmagnetische Störquellen, die die Bestimmung einer azimutalen Ausrichtung durch den Magnetkompass 1 negativ beeinflussen können. Dargestellt sind eine Energiequelle in Form eines Akkus 20 und als Verbraucher rein beispielhaft eine Nachtsichtvorrichtung 22, ein GPS-Modul 24, ein LCD-Display 26, sowie ein Motor 28 zum Betätigen einer Zoomvorrichtung 30. Zwischen dem Akku 25 und jedem der Verbraucher 22, 24, 26, 28 verläuft eine elektrische Leitung 21, 23, 25, 27. FIG. 5 shows the meter 1 in a schematic cross section with exemplary internal components. The illustrated internal components comprise, on the one hand, the magnetic compass 10 with a compensation device 50 assigned thereto and, on the other hand, possible hard or soft magnetic interference sources which can adversely affect the determination of an azimuthal orientation by the magnetic compass 1. Shown are an energy source in the form of a battery 20 and as a consumer purely by way of example a night vision device 22, a GPS module 24, an LCD display 26, and a motor 28 for operating a zoom device 30. Between the battery 25 and each of the consumers 22, 24, 26, 28 extends an electrical line 21, 23, 25, 27th

Sowohl die Leitungen als auch die Verbraucher stellen als zuschaltbare elektrische Systeme mögliche elektrische Störquellen 21-28 für den Magnetkompass 10 dar. Wird eine Kompensation des Gerätes 1 in einem Zustand durchgeführt, in dem das GPS-Modul 24 und das LCD-Display 26 eingeschaltet sind, d. h. entsprechende Ströme durch die elektrischen Leitungen 23, 25 zu den beiden Verbrauchern fliessen, werden diese hartmagnetischen Störquellen kompensiert, sodass der Magnetkompass 10 in diesem Zustand des Gerätes 1 zuverlässig funktioniert.Both the lines and the consumers as switchable electrical systems possible electrical interference sources 21-28 for the magnetic compass 10 is a Compensation of the device 1 performed in a state in which the GPS module 24 and the LCD display 26 are turned on, ie corresponding currents flow through the electrical lines 23, 25 to the two consumers, these hard magnetic noise sources are compensated, so that the magnetic compass 10 in this state of the device 1 works reliably.

Wird danach jedoch die Nachtsichtvorrichtung 22 in Betrieb genommen, fliessen zusätzliche Ströme durch die Leitung 21. Diese zusätzliche, nicht kompensierte Störquelle verursacht eine fehlerhafte Messung des Magnetkompasses 10.If, however, the night-vision device 22 is put into operation thereafter, additional currents flow through the line 21. This additional uncompensated source of interference causes a faulty measurement of the magnetic compass 10.

Darüber hinaus kann die Nachtsichtfunktion einen erhöhten Stromverbrauch des LCD-Displays 26 verursachen, wodurch die Störquelle des Stromflusses zu diesem elektrischen System grösser wird.In addition, the night vision function may cause increased power consumption of the LCD display 26, thereby increasing the source of interference of the current flow to this electrical system.

Auch in dieser Ausführungsform weist das Gerät eine Kompensationseinrichtung 50 auf, die dazu ausgestaltet ist, den Betriebszustand des Gerätes zu erfassen und abhängig von einem ersten Betriebszustand während der Kompensation und einem aktuellen Betriebszustand einen magnetischen Versatzwert zu berechnen bzw. aus einem Speicher abzurufen. In dieser Ausführungsform ist die Kompensationseinrichtung 50 dazu ausgestaltet, den Zustand der einzelnen elektrischen Systeme zu erfassen. Der Störeinfluss jedes dieser Systeme sowohl im ein- als auch ausgeschalteten Zustand auf den Magnetkompass 10 ist bekannt und vorzugsweise ab Werk in einem Speicher der Kompensationseinrichtung 50 hinterlegt.Also in this embodiment, the device has a compensation device 50, which is designed to detect the operating state of the device and to calculate a magnetic offset value or to retrieve it from a memory depending on a first operating state during the compensation and a current operating state. In this embodiment, the compensation device 50 is configured to detect the state of the individual electrical systems. The interference of each of these systems both in the on and off state on the magnetic compass 10 is known and preferably stored ex works in a memory of the compensation device 50.

Mit Bezug zu dem oben beschriebenen Beispiel heisst das, dass die Kompensationseinrichtung 50 erkennt, dass während der Kompensation das GPS-Modul 24 und das LCD-Display 26 eingeschaltet sind, und anschliessend mit der Nachtsichtvorrichtung 22 ein weiteres Gerät in Betrieb genommen wird, das den Magnetkompass 10 im eingeschalteten Zustand beeinträchtigt. Der Unterschied der Beeinträchtigungen, d. h. hier die zusätzliche Beeinträchtigung durch die eingeschaltete Nachtsichtvorrichtung 22, ist als Versatzwert in dem Speicher der Kompensationseinrichtung 50 hinterlegt und wird zur Ermittlung der aktuellen azimutalen Ausrichtung herangezogen.With reference to the example described above, this means that the compensation device 50 recognizes that during the compensation, the GPS module 24 and the LCD display 26 are turned on, and then with the night-vision device 22, another device is put into operation, which affects the magnetic compass 10 in the on state. The difference of the impairments, ie here the additional impairment by the switched-on night-vision device 22, is stored as an offset value in the memory of the compensation device 50 and is used to determine the current azimuthal orientation.

Die Zoomvorrichtung 30 weist hier ein verstellbares optisches Element 32 auf. Auch dieses kann teilweise hart- oder weichmagnetisch sein. Vorzugsweise ist daher auch eine Position des optischen Elements 32 durch die Kompensationseinrichtung 50 erfassbar und entsprechende Versatzwerte sind im Speicher abrufbar bereitgestellt.The zoom device 30 here has an adjustable optical element 32. This may also be partially hard or soft magnetic. Preferably, therefore, a position of the optical element 32 can be detected by the compensation device 50 and corresponding offset values are provided retrievable in the memory.

Von den "inneren" Betriebszuständen des Gerätes, in denen der Magnetkompass einem jeweils unterschiedlichem gerätefesten Magnetfeld ausgesetzt ist, werden in diesem Dokument die "äusseren" Anwendungszustände des Gerätes unterschieden, in denen der Magnetkompass einem jeweils unterschiedlichem externen Magnetfeld ausgesetzt wird, das insbesondere von einem externen Gerät erzeugt werden kann, in dessen Nähe der Kompass positioniert ist.Of the "internal" operating states of the device in which the magnetic compass is exposed to a different device-fixed magnetic field, the "external" application states of the device are distinguished in this document, in which the magnetic compass is exposed to a respective different external magnetic field, in particular of a external device can be generated, near which the compass is positioned.

Die Figuren 6a und 6b illustrieren an einem ersten Beispiel zwei sich hinsichtlich eines externen hart- und weichmagnetischen Störfeldes unterscheidende Anwendungszustände eines optoelektronischen Messgerätes 1. Dabei wird in Figur 6a das Messgerät 1 von einem Benutzer 9 in der Hand gehalten, während es in Figur 6b auf einer Handfeuerwaffe 81 montiert ist, die der Benutzer 9 zusammen mit dem Messgerät 1 verwendet. Der Magnetkompass 10 des Gerätes erfasst in beiden Fällen das Magnetfeld 11, wobei im zweiten Fall der Figur 6b aufgrund eines durch die Waffe 81 verursachten magnetischen Störfeldes ein Versatz 13 gegenüber dem ersten Fall auftritt.The Figures 6a and 6b illustrate, in a first example, two different application states of an optoelectronic measuring device 1 with respect to an external hard and soft magnetic interference field FIG. 6a the meter 1 held in the hand by a user 9 while it is in FIG. 6b is mounted on a handgun 81, which the user 9 uses together with the meter 1. The magnetic compass 10 of the device detects in both cases the magnetic field 11, in the second case the FIG. 6b due to a magnetic interference field caused by the weapon 81 an offset 13 occurs with respect to the first case.

In den Figuren 7a und 7b wird dies mit einem zweiten Beispiel illustriert. Figur 7a zeigt einen ersten Anwendungszustand des Messgerätes 1, in welchem es auf einer Panzerabwehrwaffe 82 montiert ist, die hier von dem Benutzer 9 handgehalten verwendet wird. Die Panzerabwehrwaffe 82, die beispielsweise zum Verschiessen einer Lenkrakete oder einer Granate oder als Panzerbüchse ausgestaltet sein kann, verursacht in diesem Zustand ein erstes magnetisches Störfeld. Figur 7b zeigt einen zweiten Anwendungszustand des Messgerätes 1. Dabei ist es immer noch auf derselben Panzerabwehrwaffe 82 montiert, diese ist jetzt jedoch geladen. Die Rakete 85 und die Panzerabwehrwaffe 82 erzeugen zusammen ein anderes magnetisches Störfeld als die Panzerabwehrwaffe 82 in Figur 7a alleine. Das durch den Kompass 10 gemessene Magnetfeld weist dementsprechend einen Versatz 13 auf.In the FIGS. 7a and 7b this is illustrated with a second example. Figure 7a shows a first application state of the measuring device 1, in which it is mounted on an anti-tank weapon 82, which is here used by the user 9 hand-held. The anti-tank weapon 82, which may be configured, for example, to shoot a guided missile or a grenade or as a turret, caused in this state, a first magnetic interference field. FIG. 7b shows a second application state of the meter 1. It is still mounted on the same anti-tank weapon 82, this is now loaded. The missile 85 and the anti-tank weapon 82 together create a different magnetic interference field than the anti-tank weapon 82 in FIG Figure 7a alone. The magnetic field measured by the compass 10 accordingly has an offset 13.

Andere, hier nicht gezeigte, Beispiele für eine Änderung eines externen hart- und weichmagnetischen Störfeldes umfassen unter anderem das Montieren auf einem Stativ oder der Einsatz einer neuen Batterie.Other, not shown, examples of a change of an external hard and soft magnetic interference field include, among other things, mounting on a tripod or the use of a new battery.

Da sich die geräteinternen magnetischen Eigenschaften nicht verändern, genügt es, im jeweils zweiten (oder weiteren) Anwendungszustand eine Kompensation nur in einem Betriebszustand des Gerätes manuell durchzuführen. Für einen zweiten Betriebszustand (oder beliebig viele weitere Betriebszustände) können die Werte aus den anderen Kompensationen ermittelt werden, wie nachfolgend beschrieben wird.Since the device-internal magnetic properties do not change, it is sufficient to carry out a compensation in the second (or further) application state only manually in an operating state of the device. For a second operating state (or any number of further operating states), the values from the other compensations can be determined, as described below becomes.

Beschrieben wird ein Verfahren zur Extrapolation eines Parametersatzes zur Kompensation magnetischer Störungen aus drei anderen bekannten Parametersätzen, wobei eine Sensoranordnung zur Magnetfeldmessung auf einen Träger montiert wird, der zum Beispiel ein Beobachtungsgerät sein kann, und der sowohl weich- als auch hartmagnetische Materialien enthält, die sich in verschiedenen Lagen und/oder verschiedenen Magnetisierungszuständen befinden können, je nach Betriebszustand der Verwendung des besagten Trägers. Dabei wird ein erster Parametersatz in einem ersten Zustand bestimmt, ein weiterer Parametersatz in einem zweiten Zustand. In einem dritten wird ein zusätzlicher magnetischer Störer an dem besagten Träger befestigt, und in einem der beiden vorherigen Zustände ein Parametersatz bestimmt. Aus den vorhandenen Parametersätzen wird dann ein geeigneter Parametersatz für den anderen Zustand mit dem zusätzlichen Störer hergeleitet.A method is described for extrapolating a magnetic interference compensation parameter set from three other known parameter sets, wherein a magnetic field sensor assembly is mounted on a support, which may be, for example, an observation device, and which contains both soft and hard magnetic materials in different positions and / or different states of magnetization, depending on the operating state of the use of the said carrier. In this case, a first parameter set is determined in a first state, another parameter set in a second state. In a third, an additional magnetic interferer is attached to said carrier, and a parameter set determined in one of the two previous states. From the existing parameter sets, a suitable parameter set for the other state with the additional interferer is derived.

Dieses Verfahren kann durchgeführt werden, sowohl bei bekannten Umgebungsfeldstärken, d. h. für ein physikalische korrekt kalibriertes Magnetometer auf dem Träger oder für eine unkalibrierte Magnetfeldsensoranordnung auf dem Träger, als auch bei unbekannten Umgebungsfeldstärken, d. h. bei demselben Umgebungsfeld für alle Messungen oder bei verschiedenem Umgebungsfeld für jede Messung.This method can be performed both at known ambient field strengths, i. H. for a physically correctly calibrated magnetometer on the carrier or for an uncalibrated magnetic field sensor assembly on the carrier, as well as for unknown ambient field strengths, d. H. at the same environmental field for all measurements or for different environmental field for each measurement.

Das Verfahren gilt für beliebig viele interne Zustände 1,2,...,N ("Betriebszustände"; vgl. Figuren 4a-b, 5) und externe Zustände a,b,c,... ("Anwendungszustände"; vgl. Figuren 6a-b, 7a-b) des Messgerätes. Im folgenden wird zur Vereinfachung immer jeweils eine "Vierergruppe" von Zuständen betrachtet werden, d. h. zwei Betriebszustände.The method applies to any number of internal states 1, 2, ..., N ("operating states"; FIGS. 4a-b, 5 ) and external states a, b, c, ... ("application states"; Figures 6a-b, 7a-b ) of the measuring device. In the following, for simplicity, a "group of four" of states will always be considered, ie two operating states.

Dabei nimmt die Verwendung ohne Zusatzstörer eine Sonderstellung ein, indem man annimmt, dass ihre Parameter über längere Zeit stabil bleiben.In this case, the use without additional bugs occupies a special position, assuming that their parameters remain stable over a longer period of time.

Grundlegendes Physikalisches ModellBasic Physical Model

Das grundlegende mathematische Störungsmodell ist zum Beispiel in der EP 0 826 137 B1 beschrieben: r = M × b E + o

Figure imgb0001
mit:

r:
3×1-Vektor der magnetischen Daten wie von den Sensoren gemessen
M:
3×3-weichmagnetische Matrix (welche im Allgemeinen auch die Effekte der Sensor-Skalenfehler und Nichtorthogonalitäten enthält)
bE:
3×1-Vektor des Umgebungs-Magnetfeldes (Erdmagnetfeld oder zusätzliche erdfeste Störfelder)
o:
3×1-Vektor der hartmagnetischen Störfelder (welche im Allgemeinen auch die Effekte der Sensor-Offset enthält)
The basic mathematical perturbation model is for example in the EP 0 826 137 B1 described: r = M × b e + O
Figure imgb0001
With:
r:
3 × 1 vector of magnetic data as measured by the sensors
M:
3 × 3 soft magnetic matrix (which generally also includes the effects of sensor scale errors and non-orthogonality)
b E :
3 × 1 vector of the ambient magnetic field (geomagnetic field or additional earth-fixed interference fields)
O:
3 × 1 vector of hard magnetic interference fields (which generally also includes the effects of sensor offset)

Diese Gleichung kann invertiert und nach dem Erdmagnetfeld aufgelöst werden: bE = m × r o

Figure imgb0002
mit: m = M-1 This equation can be inverted and resolved after the Earth's magnetic field: bE = m × r - O
Figure imgb0002
with: m = M -1

Eine hart-/weichmagnetische Kompensation, wie beispielsweise beim DMC-SX der Firma Vectronix realisiert, bestimmt M, respektive m, und o.A hard / soft magnetic compensation, as implemented for example in the DMC-SX by Vectronix, determines M, respectively m, and o.

Erweiterte magnetische StörungsmodelleAdvanced magnetic perturbation models

Wir betrachten in genauerem Detail die Zusammensetzung der weichmagnetischen Matrix M des vorherigen Kapitels und betrachten den Effekt, welche magnetische Störungen auf die physikalischen Felder haben: b = b E + D 1 × b E + + D N × b E + b d 1 + b dM = I + D d × b E + b d = M d × b E + b d

Figure imgb0003
mit:

b:
gesamtes physikalisches Feld in physikalischen Einheiten (z.B. T = Tesla, µT, nT, G = Gauss)
bE:
Erdmagnetfeld in denselben Einheiten
Dk:
Streumatrix des weichmagnetischen Störers k
D d = D 1 + + D N
Figure imgb0004
bdj :
hartmagnetischer Vektor des Störers j (vorteilhaft Numerierung j=k, M=N)
b d = b d 1 + + b dM
Figure imgb0005
We consider in more detail the composition of the soft magnetic matrix M of the previous chapter and consider the effect that magnetic perturbations have on the physical fields: b = b e + D 1 × b e + ... + D N × b e + b d 1 + ... b dm = I + D d × b e + b d = M d × b e + b d
Figure imgb0003
With:
b:
total physical field in physical units (eg T = Tesla, μT, nT, G = Gauss)
b E :
Earth's magnetic field in the same units
D k :
Scatter matrix of the soft magnetic interferer k
D d = D 1 + ... + D N
Figure imgb0004
b dj :
hard-magnetic vector of the jammer j (advantageous numbering j = k, M = N)
b d = b d 1 + ... + b dm
Figure imgb0005

Diese Information kann benutzt werden, um das eigentliche Erdfeld herauszufiltern: b E = M d 1 b b d

Figure imgb0006
This information can be used to filter out the actual Earth field: b e = M d - 1 b - b d
Figure imgb0006

In einem digitalen Magnetkompass, wie zum Beispiel dem DMC-SX der Firma Vectronix, wird die Messung der Magnetfelder durch magnetische Feldsensoren vorgenommen. Diese können durch ihre Messrichtungen, Skalenfaktoren und Offsetfehler beschrieben werden: r k = f k × e k T b + o k = m k T b + o k , k = x , y , z

Figure imgb0007
wobei:

rk:
Rohdatenwert
fk:
Skalenfaktor (inklusive Verstärkungsfaktoren usw.)
ek:
3×1-Einheitsvektor in Richtung der Sensormessachse
vT :
transponierter (1×3) Vektor
mk:
3×1-Vektor, kombinierter Effekt von Skalenfaktor und Richtung (=fk×ek)
ok:
Sensoroffset (Nullpunktsfehler)
b:
physikalisches Feld am Ort des Sensors
In a digital magnetic compass, such as the DMC-SX from Vectronix, the magnetic fields are measured by magnetic field sensors. These can be described by their measuring directions, scale factors and offset errors: r k = f k × e k T b + O k = m k T b + O k . k = x . y . z
Figure imgb0007
in which:
r k :
raw value
f k :
Scale factor (including gain factors, etc.)
e k :
3 × 1 unit vector in the direction of the sensor measuring axis
v T :
transposed (1 × 3) vector
m k :
3 × 1 vector, combined effect of scale factor and direction (= f k × e k )
o k :
Sensor offset (zero error)
b:
physical field at the location of the sensor

Dies kann mit einer Sensormatrix Ms, und Offsetvektor os beschrieben werden, wobei dann insgesamt für die letztendlich gemessenen Sensorwerte r (Rohdaten), inklusive der physikalischen Effekte der Störer gilt: r = M s × b + o s = M s × M d × b E + b d + o s

Figure imgb0008
mit:

r:
3×1 Rohdatenvektor
Ms:
3×3 Matrix der Skalenfehler und Orhtogonalitätsabweichungen
os:
3×1 Vektor der Sensoroffsets
M s = m x T m y T m z T o s = o x o y o z
Figure imgb0009
This can be described with a sensor matrix M s , and offset vector o s , in which case the following applies for the ultimately measured sensor values r (raw data), including the physical effects of the interferers: r = M s × b + O s = M s × M d × b e + b d + O s
Figure imgb0008
With:
r:
3 × 1 raw data vector
M s :
3 × 3 matrix of scale errors and orthogonality deviations
o s :
3 × 1 vector of sensor offsets
M s = m x T m y T m z T O s = O x O y O z
Figure imgb0009

Dies wird invertiert, um das Erdmagnetfeld in physikalischen Einheiten zu erhalten: b E = M s × M d 1 × r o d o s = M 1 × r o ,

Figure imgb0010
wobei der physikalische hartmagnetische Vektor zur Vereinheitlichung dargestellt wurde als b d = M d × o d o d = M d 1 b d .
Figure imgb0011
This is inverted to obtain the Earth's magnetic field in physical units: b e = M s × M d - 1 × r - O d - O s = M - 1 × r - O .
Figure imgb0010
wherein the physical hard magnetic vector has been shown for standardization as b d = M d × O d O d = M d - 1 b d ,
Figure imgb0011

Bei Feldkompensationen, die ohne weitere externe Hilfsmittel stattfinden, besteht keine Möglichkeit, das durch Inversion der physikalisch-technischen Gesamtgleichung bestimmbare Erdmagnetfeld in physikalischen Einheiten anzuzeigen, da die physikalische Feldstärke des Umgebungsfelds nicht bekannt ist, und ohne weitere Hilfsmittel (z. B. einem physikalisch kalibrierten Magnetfeldmessgerät) auch nicht bestimmt werden kann. Zwar könnte die Sensormatrix Ms bei ausreichender Stabilität der Sensoren im Werk bestimmt werden, jedoch ergeben sich durch die geräteinternen weichmagnetischen Effekte objektive Feldvergrösserungen oder Feldverkleinerungen (Flusskonzentration, respektive Flussdispersion), die als unbekannt vorausgesetzt werden müssen.In the case of field compensations, which take place without further external aids, there is no possibility to display the geomagnetic field detectable by inversion of the overall physical-technical equation in physical units, since the physical field strength of the surrounding field is not known, and without further aids (eg a physical calibrated magnetic field meter) can not be determined. Although the sensor matrix M s could be determined with sufficient stability of the sensors in the factory, the device-internal soft magnetic effects result in objective field enlargements or field reductions (flux concentration, respectively flux dispersion), which must be assumed to be unknown.

In einer praktikablen Feldkompensation für einen magnetischen Kompass wie dem DMC-SX, der nur Richtungen und keine objektiven Feldstärken benötigt, wird deshalb eine einheitliche Skalierung des angezeigten Feldes auf einen festen Zahlenwert fD durchgeführt: b DE = f D b EC × b E ,

Figure imgb0012
so dass |bDE | = fD, z. B. 4096 am Ort der Kompensation mit Erdfeld (respektive Umgebungsfeld) bE = bEC (in physikalischen Einheiten) angezeigt wird (beim DMC-SX wird die angezeigte Feldstärke auf 4096 Einheiten normiert).In practical field compensation for a magnetic compass such as the DMC-SX, which requires only directions and no objective field strengths, a uniform scaling of the displayed field to a fixed numerical value f D is therefore performed: b DE = f D b EC × b e .
Figure imgb0012
so that | b DE | = f D , z. Eg 4096 is displayed at the location of the compensation with earth field (respectively surrounding field) b E = b EC (in physical units) (with the DMC-SX the displayed field strength is normalized to 4096 units).

Insgesamt: b DE = f D b EC × M s × M d 1 × r o d o s = M 1 × r o = m × r o

Figure imgb0013
und invertiert: r = f D b EC 1 × M s × M d × b DE + o s + o d = M × b DE + o
Figure imgb0014
mit:
bDE:  3×1-Vektor, Erdmagnetfeld wie angezeigt durch das Interface des DMC
bE:  3×1-Vektor, Erdmagnetfeld in physikalischen Einheiten (z. B. T = Tesla, µT, nT, G = Gauss)
f D b EC :
Figure imgb0015
  Faktor, damit der vom DMC angezeigte Feldvektor fD Einheiten aufweist (z. B. 4096)
Ms:  3×3-Magnetfeldsensormatrix
Md:  3×3-Matrix der weichmagnetischen Effekte M d = I + D 1 + D 2 + D N
Figure imgb0016

I:
3×3-Identitätsmatrix
Dk:
3×3-Matrix, die die Streuung des Erdmagnetfelds am Weichmagneten K beschreibt (k = 1 ... N)
os
3×1-Vektor der Sensoroffsets
od
3×1-Vektor äquivalenter Sensoroffsets entsprechend der Summe der hartmagnetischen Störfelder
o d = f D b EC 1 × M s × M d × b d
Figure imgb0017
All in all: b DE = f D b EC × M s × M d - 1 × r - O d - O s = M - 1 × r - O = m × r - O
Figure imgb0013
and inverted: r = f D b EC - 1 × M s × M d × b DE + O s + O d = M × b DE + O
Figure imgb0014
With:
b DE : 3 × 1 vector, geomagnetic field as indicated by the DMC interface
b E : 3 × 1 vector, Earth's magnetic field in physical units (eg T = Tesla, μT, nT, G = Gauss)
f D b EC :
Figure imgb0015
Factor for the field vector f D displayed by the DMC to have units (eg 4096)
M s : 3 × 3 magnetic field sensor matrix
M d : 3 × 3 matrix of soft magnetic effects M d = I + D 1 + D 2 + ... D N
Figure imgb0016
I:
3 × 3 identity matrix
D k :
3 × 3 matrix describing the scattering of the earth's magnetic field at the soft magnet K (k = 1 ... N)
o s
3 × 1 vector of sensor offsets
o d
3 × 1 vector of equivalent sensor offsets corresponding to the sum of the hard magnetic interference fields
O d = f D b EC - 1 × M s × M d × b d
Figure imgb0017

Insgesamt ergeben sich die kombinierten Matrizen und Vektoren: M = f D b EC 1 × M s × M d

Figure imgb0018
m = M 1 = f D b EC × M s × M d 1
Figure imgb0019
o = o s + o d = o s + M × b d
Figure imgb0020
Overall, the combined matrices and vectors result: M = f D b EC - 1 × M s × M d
Figure imgb0018
m = M - 1 = f D b EC × M s × M d - 1
Figure imgb0019
O = O s + O d = O s + M × b d
Figure imgb0020

Magnetische TransformationMagnetic transformation

Wir nehmen an, dass wir ein Gerät mit eingebautem DMC in mehrere mögliche Zustände bringen können, welche sich im Allgemeinen sowohl hart- als auch weichmagnetisch unterscheiden. Z = 1 , 2 , N Z

Figure imgb0021
We assume that we can bring a device with built-in DMC into several possible states, which generally differ in both hard and soft magnetic. Z = 1 . 2 . ... N Z
Figure imgb0021

In jedem der Zustände werden die oben beschriebenen kombinierten weichmagnetischen Matrizen und hartmagnetischen Offsets bestimmt.In each of the states, the above-described combined soft magnetic matrices and hard magnetic offsets are determined.

An das Gerät wird dann ein weiterer hart- und weichmagnetischer Störer angebaut oder anderweitig in eine geometrisch feste Beziehung gebracht, wodurch ein kombinierter Zustand ZM entsteht: ZM = 1 M , 2 M , N Z M

Figure imgb0022
Another hard- and soft-magnetic interferer is then attached to the device or otherwise brought into a geometrically fixed relationship, resulting in a combined state ZM: ZM = 1 M . 2 M . ... N Z M
Figure imgb0022

Ziel: Das Gerät wird nur in einem der Zustände ZM weich-/hartmagnetisch kompensiert. Alle weiteren Z' M werden aus den Parametern der vorherigen Zustände Z, Z' und dem Zustand ZM extrapoliert.Objective: The device is only compensated in one of the states ZM soft / hard magnetic. All further Z 'M are extrapolated from the parameters of the previous states Z, Z' and the state ZM.

Extrapolation der Physikalischen StörerExtrapolation of the physical interferers

Die physikalischen Streumatrizen seien durch magnetische Kompensationsverfahren mittels physikalisch objektiver Messungen (z.B. eines kalibrierten Magnetometers im Gerät und am Ort der Kompensation zur Bestimmung der objektiven Erdfeldstärke) eruiert worden, in je einem Zustand Z und Z'. Dann gilt jeweils: b E = M Z 1 b b dZ b E = M Z 1 b b dZ

Figure imgb0023
mit: M Z = I + D Z M Z = I + D Z
Figure imgb0024
The physical scattering matrices were determined by means of magnetic compensation methods by means of physically objective measurements (eg of a calibrated magnetometer in the device and at the place of compensation for the determination of the objective earth field strength), each in a state Z and Z '. Then each applies: b e = M Z - 1 b - b dZ b e = M Z ' - 1 b - b dZ '
Figure imgb0023
With: M Z = I + D Z M Z ' = I + D Z '
Figure imgb0024

Wird ein weiterer Störer M zum Zustand Z des Gerätes hinzugefügt, und physikalische kompensiert, so gilt: b E = M ZM 1 b b dZM

Figure imgb0025
mit:

b:
physikalisches Gesamtfeld (Erdfeld und Störer)
bE:
physikalisches Erdfeld
MZM = I + DZM = I +DZ + DM
gesamte weichmagnetische Matrix
bdZM = bdZ + bdM
gesamter hartmagnetischer Vektor
If a further interferer M is added to the state Z of the device, and physical compensation is compensated, the following applies: b e = M ZM - 1 b - b dzm
Figure imgb0025
With:
b:
physical total field (earth field and disturber)
b E :
physical earth field
M ZM = I + D ZM = I + D Z + D M
entire soft magnetic matrix
b dZM = b dZ + b dM
entire hard magnetic vector

Es wird nun gewünscht, ohne weitere vom Benutzer durchgeführte Kompensation den magnetischen Gesamtzustand eines weiteren Gerätezustandes Z' mit Störer M zu bestimmen.It is now desired to determine the overall magnetic state of a further device state Z 'with interferer M without further compensation by the user.

Dabei gilt: b E = M Z M 1 b b dZ M

Figure imgb0026
mit:

MZ'M = I + DZ'M = I + DZ' + DM
gesamte weichmagnetische Matrix
bdZ'M = bdZ' + bdM
gesamter hartmagnetischer Vektor
Where: b e = M Z ' M - 1 b - b dZ ' M
Figure imgb0026
With:
M Z'M = I + D Z'M = I + D Z ' + D M
entire soft magnetic matrix
b dZ'M = b dZ ' + b dM
entire hard magnetic vector

Daraus folgt aber: M Z M = I + D Z + D M = I + D Z + D M + D Z D Z = M ZM + M Z M Z

Figure imgb0027
b dZ M = b dZ + b dM = b dZ + b dM + b dZ b dZ = b dZM + b dZ b dZ
Figure imgb0028
But it follows: M Z ' M = I + D Z ' + D M = I + D Z + D M + D Z ' - D Z = M ZM + M Z ' - M Z
Figure imgb0027
b dZ ' M = b dZ ' + b dm = b dZ + b dm + b dZ ' - b dZ = b dzm + b dZ ' - b dZ
Figure imgb0028

Damit sind die gesuchten Grössen auf bereits bekannte zurückgeführt, wie gewünscht.Thus the sought sizes are already known returned as desired.

Extrapolation mit GeräterohdatenExtrapolation with device data

Wie weiter oben beschrieben enthalten die im Gerät gemessenen Rohdaten r zusätzlich den Effekt der Magnetfeldsensorfehler, inklusive nachfolgender Verstärkung und Digitalisierung, beschrieben durch die Sensormatrix Ms und Sensoroffsets os: r = M s × b + o s = M s × M d × b E + b d + o s

Figure imgb0029
As described above, the raw data r measured in the device additionally includes the effect of the magnetic field sensor errors, including subsequent amplification and digitization, described by the sensor matrix M s and sensor offsets o s : r = M s × b + O s = M s × M d × b e + b d + O s
Figure imgb0029

Die Sensormatrix Ms und Sensoroffsets os seien bekannt, stabil und separat abgespeichert, zum Beispiel durch eine Werksmessung mit Abspeicherung im DMC selber. Damit wird de facto wieder ein kalibriertes Magnetfeldmessgerät erzeugt.The sensor matrix M s and sensor offsets o s are known, stable and stored separately, for example by a factory measurement with storage in the DMC itself. This will de facto produce a calibrated magnetic field meter again.

Zusätzlich sei wie im vorherigen Kapitel eine objektive physikalische Messung des Umgebungs-Magnetfelds am Ort der Kompensation vorhanden.Additionally, as in the previous chapter, there is an objective physical measurement of the ambient magnetic field at the compensation location.

In einem ersten Schritt berechnen wir jeweils das objektive physikalische Feld im Gerät aus den Rohdaten: b = M s 1 r o s

Figure imgb0030
In a first step, we calculate the objective physical field in the device from the raw data: b = M s - 1 r - O s
Figure imgb0030

Mit diesem Feld können wir wie oben beschrieben fortfahren. Der Gesamteffekt ist dann gegeben durch b E = M Z M 1 b b Z M = M Z M 1 M s 1 r o s b dZ M = M 1 r o

Figure imgb0031
mit: M = M s × M Z M
Figure imgb0032
o = o s + M s × b dZ M
Figure imgb0033
und den Grössen MZ'M und bZ'M wie zuvor beschrieben. M Z M = M ZM + M Z M Z
Figure imgb0034
b Z M = b ZM + b Z b Z
Figure imgb0035
With this field we can continue as described above. The overall effect is then given by b e = M Z ' M - 1 b - b Z ' M = M Z ' M - 1 M s - 1 r - O s - b dZ ' M = M - 1 r - O
Figure imgb0031
With: M = M s × M Z ' M
Figure imgb0032
O = O s + M s × b dZ ' M
Figure imgb0033
and the quantities M Z'M and b Z'M as previously described. M Z ' M = M ZM + M Z ' - M Z
Figure imgb0034
b Z ' M = b ZM + b Z ' - b Z
Figure imgb0035

Extrapolation mit ortsabhängiger SkalierungExtrapolation with location-dependent scaling

Wie weiter oben beschrieben nehmen wir an, dass keine Messung der Magnetfelder des Kompensationsortes in absoluten physikalischen Einheiten möglich ist, wodurch eine willkürlich festgelegte Skalierung des angezeigten Erdmagnetfeldes vorgenommen werden muss, auf einen festgelegten Wert fD, z. B. 4096.As described above, we assume that no measurement of the magnetic fields of the compensation location in absolute physical units is possible, whereby an arbitrary fixed scaling of the displayed geomagnetic field must be made to a set value f D , z. Eg 4096.

In diesem Fall spielt es keine Rolle, ob die Sensormatrix MS und Sensoroffsets oS aus einer Werkskalibration bekannt sind. Wir nehmen daher an, dass die Matrix MS zwar zwischen den Kompensationen Z, Z' und ZM stabil bleibt, aber nicht notwendigerweise bekannt ist. Für die Sensoroffsets muss nichts angenommen werden.In this case, it does not matter if the sensor matrix M S and sensor offsets O S are known from a factory calibration. We therefore assume that the matrix M S remains stable between the compensations Z, Z 'and ZM, but is not necessarily known. Nothing has to be assumed for the sensor offsets.

Wie weiter oben hergeleitet, können die Kompensationen dann wie folgt mathematisch beschrieben werden: b DE = f D b EC × M s × M d 1 × r o d o s = M 1 × r o

Figure imgb0036
As derived above, the compensations can then be described mathematically as follows: b DE = f D b EC × M s × M d - 1 × r - O d - O s = M - 1 × r - O
Figure imgb0036

Situation mit gleichen UmgebungsfeldstärkenSituation with equal surrounding field strengths

Wir nehmen wie in den vorherigen Kapiteln an, dass vollständige hart- und weichmagnetische Kompensationen Z und Z' für das Gerät ohne Zusatzstörer vorhanden sind, plus eine Kompensation ZM für Gerät plus Zusatzstörer. Gesucht wird die Extrapolation dieser Resultate auf den Fall Z'M.As in the previous chapters, we assume that there are complete hard and soft magnetic compensations Z and Z 'for the device without additional baffles, plus a compensation ZM for device plus additional baffle. The extrapolation of these results to the case Z'M is sought.

Werden alle Kompensationen am selben Ort vorgenommen, so erhalten wir (im besten Fall, bei unwesentlicher zeitlicher Änderung des lokalen Umgebungsfeldes) denselben Skalierungsfaktor. Dann gilt: M Z = b EC f D × M s × M dZ = b EC f D × M s × I + D Z o Z = o dZ + o s = M s × b dZ + o s

Figure imgb0037
M Z = b EC f D × M s × M dZ = b EC f D × M s × I + D Z o Z = o dZ + o s = M s × b dZ + o s
Figure imgb0038
M ZM = b EC f D × M s × M dZM = b EC f D × M s × I + D Z + D M
Figure imgb0039
o ZM = o dZM + o s = M s × b dZ + b dM + o s
Figure imgb0040
If all compensations are made at the same location, we obtain (in the best case, with insignificant temporal change of the local environment field) the same scaling factor. Then: M Z = b EC f D × M s × M dZ = b EC f D × M s × I + D Z O Z = O dZ + O s = M s × b dZ + O s
Figure imgb0037
M Z ' = b EC f D × M s × M dZ ' = b EC f D × M s × I + D Z ' O Z ' = O dZ ' + O s = M s × b dZ ' + O s
Figure imgb0038
M ZM = b EC f D × M s × M dzm = b EC f D × M s × I + D Z + D M
Figure imgb0039
O ZM = O dzm + O s = M s × b dZ + b dm + O s
Figure imgb0040

Und gesucht wird: M Z M = b EC f D × M s × M dZ M = b EC f D × M s × I + D Z + D M

Figure imgb0041
o Z M = o dZ M + o s = M s × b dZ + b dM + o s
Figure imgb0042
And looking for: M Z ' M = b EC f D × M s × M dZ ' M = b EC f D × M s × I + D Z ' + D M
Figure imgb0041
O Z ' M = O dZ ' M + O s = M s × b dZ ' + b dm + O s
Figure imgb0042

Dabei ergibt sich aber: M Z M = b EC f D × M s × I + D Z + D ZM = b EC f D × M s × I + D Z + D ZM + D Z D Z = M ZM + M Z M Z

Figure imgb0043
und o Z M = M s × b dZ + b dM + o s = M s × b dZ + b dM b dZ b dZ + o s = o ZM + o Z o Z ,
Figure imgb0044
womit die gestellte Aufgabe gelöst ist.However, this results in: M Z ' M = b EC f D × M s × I + D Z ' + D ZM = b EC f D × M s × I + D Z + D ZM + D Z ' - D Z = M ZM + M Z ' - M Z
Figure imgb0043
and O Z ' M = M s × b dZ ' + b dm + O s = M s × b dZ + b dm b dZ ' - b dZ + O s = O ZM + O Z ' - O Z .
Figure imgb0044
what the task is solved.

Situation mit verschiedenen UmgebungsfeldstärkenSituation with different environmental field strengths

Wir nehmen wieder an, dass vollständige hart- und weichmagnetische Kompensationen Z und Z' für das Gerät ohne Zusatzstörer vorhanden sind, plus eine Kompensation ZM für Gerät mit Zusatzstörer. Gesucht wird die Extrapolation dieser Resultate auf den Fall Z'M.We assume again that complete hard and soft magnetic compensations Z and Z 'are available for the device without additional baffle, plus a compensation ZM for device with additional baffle. The extrapolation of these results to the case Z'M is sought.

Anders als im vorherigen Kapitel werden aber alle Kompensationen an verschiedenen Orten oder bei unterschiedlichen Umgebungsfeldern vorgenommen, so dass wir verschiedene Kompensationsfaktoren erhalten. Dies dürfte bei weitem der häufigste Fall sein. Dann gilt, unter Einführung der zusätzlichen Definition f k = b EC f D k = Z , Z , ZM , ZM

Figure imgb0045
für weichmagnetische Gesamtmatrizen und hartmagnetische Offsets: M Z = f Z × M s × M dZ = f Z × M s × I + D Z o Z = o dZ + o s = M s × b dZ + o s
Figure imgb0046
M Z = f Z × M s × M dZ = f Z × M s × I + D Z o Z = o dZ + o s = M s × b dZ + o s
Figure imgb0047
M ZM = f ZM × M s × M dZM = f ZM × M s × I + D ZM o ZM = o dZM + o s = M s × b dZM + o s
Figure imgb0048
Unlike in the previous chapter, however, all compensations will be in different places or different Ambient fields are made so that we get different compensation factors. This is by far the most common case. Then, with the introduction of the additional definition f k = b EC f D k = Z . Z ' . ZM . ZM '
Figure imgb0045
for soft magnetic total matrices and hard magnetic offsets: M Z = f Z × M s × M dZ = f Z × M s × I + D Z O Z = O dZ + O s = M s × b dZ + O s
Figure imgb0046
M Z ' = f Z ' × M s × M dZ ' = f Z ' × M s × I + D Z ' O Z ' = O dZ ' + O s = M s × b dZ ' + O s
Figure imgb0047
M ZM = f ZM × M s × M dzm = f ZM × M s × I + D ZM O ZM = O dzm + O s = M s × b dzm + O s
Figure imgb0048

Und gesucht wird: M Z M = f Z M × M s × M dZ M = f Z M × M s × I + D Z M o Z M = o dZ M + o s = M s × b dZ M + o s

Figure imgb0049
And looking for: M Z ' M = f Z ' M × M s × M dZ ' M = f Z ' M × M s × I + D Z ' M O Z ' M = O dZ ' M + O s = M s × b dZ ' M + O s
Figure imgb0049

Zwar ergibt sich somit nach wie vor für die hartmagnetischen Gesamtoffsets: o Z M = M s × b dZ + b dZM + o s = M s × b dZ + b dM + b dZ b dZ + o s = o ZM + o Z o Z

Figure imgb0050
Although this still results for the hard magnetic total offsets: O Z ' M = M s × b dZ ' + b dzm + O s = M s × b dZ + b dm + b dZ ' - b dZ + O s = O ZM + O Z ' - O Z
Figure imgb0050

Aber die oben gezeigte einfache Addition und Subtraktion der weichmagnetischen Gesamtmatrizen ist nicht mehr möglich: M Z M = f Z M × M s × I + D Z + D ZM = f Z M × M s × I + D Z + D ZM + D Z D Z

Figure imgb0051
aber dies ist nicht mehr dasselbe wie: M ZM + M Z M Z = f ZM × M s × I + D Z + D M + f Z × M s × I + D Z f Z × M s × I + D Z = f ZM × M s × I + D Z + D M + f Z f ZM f Z f ZM × I + f Z f ZM × D Z f Z f ZM × D Z = f ZM × M s × I + D Z + D M + D Z D Z + f Z f ZM f Z f ZM × I + f Z f ZM 1 × D Z f Z f ZM 1 × D Z = f ZM × M s × I + D Z + D M + D Z + D Z + f Z f ZM f Z f ZM × I + f Z f ZM 1 × D Z f Z f ZM 1 × D Z = f ZM × M s × I + D Z + D M + f Z f ZM f Z f ZM × I + f Z f ZM 1 × D Z f Z f ZM 1 × D Z = f Z f ZM f Z f ZM × M Z M + f Z M × M s × f Z f ZM f Z f ZM × I + f Z M × M s × f Z f ZM 1 × D Z f Z f ZM 1 × D Z
Figure imgb0052
But the simple addition and subtraction of the soft magnetic total matrices shown above is no longer possible: M Z ' M = f Z ' M × M s × I + D Z ' + D ZM = f Z ' M × M s × I + D Z + D ZM + D Z ' - D Z
Figure imgb0051
but this is no longer the same as: M ZM + M Z ' - M Z = f ZM × M s × I + D Z + D M + f Z ' × M s × I + D Z ' - f Z × M s × I + D Z = f ZM × M s × I + D Z + D M + f Z ' f ZM - f Z f ZM × I + f Z ' f ZM × D Z ' - f Z f ZM × D Z = f ZM × M s × I + D Z + D M + D Z ' - D Z + f Z ' f ZM - f Z f ZM × I + f Z ' f ZM - 1 × D Z ' - f Z f ZM - 1 × D Z = f ZM × M s × I + D Z + D M + D Z ' + D Z + f Z ' f ZM - f Z ' f ZM × I + f Z ' f ZM - 1 × D Z ' - f Z f ZM - 1 × D Z = f ZM × M s × I + D Z ' + D M + f Z ' f ZM - f Z f ZM × I + f Z ' f ZM - 1 × D Z ' - f Z f ZM - 1 × D Z = f Z ' f ZM - f Z f ZM × M Z ' M + f Z ' M × M s × f Z ' f ZM - f Z f ZM × I + f Z ' M × M s × f Z ' f ZM - 1 × D Z ' - f Z f ZM - 1 × D Z
Figure imgb0052

Wir erhalten also zusätzliche, unkorrekte weichmagnetische Anteile.So we get additional, incorrect soft magnetic parts.

Eine allgemeine Lösung ist nicht möglich, jedoch kann eine Näherung verwendet werden. Typischerweise sind die weichmagnetischen Effekte relativ klein, im Bereich 1E-2 des Erdmagnetfeldes.A general solution is not possible, but an approximation can be used. Typically, the soft magnetic effects are relatively small, in the range 1E-2 of the earth's magnetic field.

Aus der Matrizenrechnung ist die folgende Reihenentwicklung bekannt, in Analogie zur bekannten Taylorreihe der entsprechenden skalaren Formel: I + D 1 = I D + D 2 D 3 ± I D ,

Figure imgb0053
wobei die Terme für Elemente von D im Bereich 1E-2 die Terme Dn entsprechend von der Grössenordnung 1E-2×n sind, also der Fehler infolge weggelassener Terme für die angegebene lineare Näherung im Bereich 1E-4 liegt.From the matrix calculation, the following series expansion is known, in analogy to the known Taylor series of the corresponding scalar formula: I + D - 1 = I - D + D 2 - D 3 ± ... I - D .
Figure imgb0053
where the terms of elements for D in the range 1E-2, the terms D n-2 × 1E are n corresponding to the order of magnitude, so the error due Terme omitted for the specified linear approximation in the range 1E-4.

Damit ergibt sich aber: M = M ZM × M Z 1 × M Z = f ZM × M s × I + D S + D M × f Z × M s × I + D Z 1 × f Z × M s × I + D Z = f Z f Z × f ZM × M s × I + D Z + D M × I + D Z 1 × I + D Z f Z f Z × f ZM × M s × I + D Z + D M × I + D Z × I + D Z f Z f Z × f ZM × M s × I + D Z + D M D Z + D Z = f Z f Z × f ZM × M s × I + D Z + D M = f Z f Z × M Z M

Figure imgb0054
This results in: M = M ZM × M Z - 1 × M Z ' = f ZM × M s × I + D S + D M × f Z × M s × I + D Z - 1 × f Z ' × M s × I + D Z ' = f Z ' f Z × f ZM × M s × I + D Z + D M × I + D Z - 1 × I + D Z ' f Z ' f Z × f ZM × M s × I + D Z + D M × I + D Z × I + D Z ' f Z ' f Z × f ZM × M s × I + D Z + D M - D Z + D Z ' = f Z ' f Z × f ZM × M s × I + D Z ' + D M = f Z ' f Z × M Z ' M
Figure imgb0054

Der zusätzliche Faktor fZ'/fZ ist für die Verwendung zur Richtungsfindung unwesentlich. Sofern die Z, Z' Messungen am selben Ort stattfanden (zum Beispiel im Rahmen einer Werkskalibration), ist er Eins.The additional factor f Z ' / f Z is insignificant for use for direction finding. If the Z, Z 'measurements took place at the same location (for example, within the framework of a factory calibration), then it is one.

Figur 8 zeigt ein Flussdiagramm zur Illustration eines beispielhaften Verfahrens zum Bestimmen einer azimutalen Ausrichtung. Dieses beginnt mit einer Initialkompensation des Magnetkompasses am Ort der Messung. Entsprechende Kompensationsdaten werden gespeichert. Wird nun der Betriebszustand so geändert, dass sich das gerätefeste Störfeld verändert, wird dies vom Gerät erfasst (z. B. automatisch oder durch Benutzereingabe). Abhängig von der Veränderung wird ein entsprechender Versatzwert, der die Veränderung des gerätefesten Störfeldes repräsentiert und beispielsweise ab Werk in einem Speicher des Gerätes hinterlegt ist, aus diesem Speicher abgerufen, sobald die eigentliche Messung erfolgt. Unter Berücksichtigung der ursprünglichen Kompensationsdaten und des Versatzes kann dann die Ausrichtung bestimmt werden, ohne dass eine erneute Kompensation erfolgen muss. Die Ausrichtung wird zur Berechnung der Messdaten herangezogen, die dem Benutzer angezeigt werden. Dieses Verfahren berücksichtigt aber nicht, dass das Gerät auch verschiedene Anwendungszustände mit unterschiedlichen externen Störfeldern einnehmen kann. FIG. 8 FIG. 12 is a flow chart illustrating an exemplary method of determining azimuthal alignment. FIG. This begins with an initial compensation of the magnetic compass at the location of the measurement. Corresponding compensation data are stored. If the operating status is changed so that the device-fixed interference field changes, this is detected by the device (eg automatically or by user input). Depending on the change, a corresponding offset value, which represents the change of the device-fixed interference field and stored, for example ex-factory in a memory of the device, retrieved from this memory, as soon as the actual measurement is performed. Taking into account the original compensation data and the offset then the orientation can be determined without having to be compensated again. The orientation is used to calculate the measurement data displayed to the user. However, this method does not take into account that the device can also assume different application states with different external interference fields.

Die Figuren 9a und 9b illustrieren eine Initialkompensation des Magnetkompasses bei jeweils mehreren Anwendungs- undThe FIGS. 9a and 9b illustrate an initial compensation of the magnetic compass at each of several application and

Betriebszuständen des Gerätes. Dabei wird der Übersichtlichkeit halber der einfachste Fall dargestellt, bei dem das Gerät zwei Anwendungszustände und zwei Betriebszustände einnimmt, also insgesamt 2 × 2 = 4 Gesamtzustände. Mit einer steigenden Zahl an möglichen Betriebs- und/oder Anwendungszuständen steigt entsprechend die Zahl der aus vorhandenen Parametersätzen ermittelbaren Parametersätze, für die keine Messung vonnöten ist.Operating states of the device. In this case, the simplest case is shown for the sake of clarity, in which the device occupies two application states and two operating states, ie a total of 2 × 2 = 4 overall states. With an increasing number of possible operating and / or application states, the number of parameter sets which can be determined from existing parameter sets and for which no measurement is required increases accordingly.

In Figur 9a wird zunächst eine Initialkompensation 100 gezeigt, bei alle vier notwendigen Kompensationen wie herkömmlich durchgeführt werden. Zunächst befindet sich das Gerät im ersten Anwendungszustand 111 und im ersten Betriebszustand 112. Beispielsweise ist das Gerät also im unmontierten, handgehaltenen Zustand (erster Anwendungszustand 111), und eine Infrarotsichteinrichtung des Gerätes ist ausgeschaltet (erster Betriebszustand 112). In diesem ersten Gesamtzustand werden nun durch den Magnetkompass ein erstes Magnetfeld gemessen 113 und darauf basierend durch eine Recheneinheit ein erster Parametersatz bestimmt 114. Dieser Parametersatz, der Informationen über das erste Magnetfeld des ersten Gesamtzustandes enthält, wird dann in einem Datenspeicher der Kompensationseinrichtung gespeichert 150.In FIG. 9a First, an initial compensation 100 is shown to be performed on all four necessary compensations as conventional. First, the device is in the first application state 111 and in the first operating state 112. For example, the device is thus in the unmounted, hand-held state (first application state 111), and an infrared device of the device is turned off (first operating state 112). In this first overall state, a first magnetic field is now measured by the magnetic compass 113 and based thereon a first parameter set determined by a computing unit 114. This parameter set, which contains information about the first magnetic field of the first overall state, is then stored 150 in a data memory of the compensation device.

Danach wird das Gerät in einen zweiten Betriebszustand versetzt 122, insbesondere manuell durch einen Benutzer. Der Anwendungszustand bleibt zunächst unverändert 121. Beispielsweise ist das Gerät also weiterhin im handgehaltenen Zustand (unmontiert), aber die Infrarotsichteinrichtung ist nun eingeschaltet, was ein gerätefestes Störfeld erzeugt. In diesem zweiten Gesamtzustand werden nun ein zweites Magnetfeld gemessen 123 und darauf basierend ein zweiter Parametersatz bestimmt 124. Letzterer wird gespeichert 150.Thereafter, the device is placed in a second operating state 122, in particular manually by a user. The application state remains initially unchanged 121. Thus, for example, the device is thus still in the hand-held state (unmounted), but the infrared device is now turned on, which generates a device-fixed interference field. In this second overall state, a second magnetic field is then measured 123 and based on this a second parameter set is determined 124. The latter is saved 150.

Anschliessend wird das Gerät in einen zweiten Anwendungszustand versetzt 131, also beispielsweise auf ein externes Gerät montiert, das ein externes magnetisches Störfeld erzeugt. Der erste Betriebszustand wird wiederhergestellt 132. In diesem dritten Gesamtzustand werden nun ein drittes Magnetfeld gemessen 133 und darauf basierend ein dritter Parametersatz bestimmt 134. Letzterer wird gespeichert 150.Subsequently, the device is placed in a second application state 131, that is, for example, mounted on an external device that generates an external magnetic interference field. The first operating state is restored 132. In this third overall state, a third magnetic field is now measured 133 and, based thereon, a third parameter set is determined 134. The latter is stored 150.

Daraufhin wird das Gerät im zweiten Anwendungszustand belassen 141, bleibt also beispielsweise montiert, und der zweite Betriebszustand wird erneut hergestellt 142. In diesem vierten Gesamtzustand werden nun ein viertes Magnetfeld gemessen 143 und darauf basierend ein vierter Parametersatz bestimmt 144. Letzterer wird gespeichert 150.The device is then left in the second application state 141, thus remaining mounted, for example, and the second operating state is again established 142. In this fourth overall state, a fourth magnetic field is measured 143 and, based thereon, a fourth parameter set is determined 144. The latter is stored 150.

Nachdem für jeden möglichen Gesamtzustand ein entsprechender Parametersatz vorhanden ist, ist die Initialkompensation 100 abgeschlossen, und das Gerät kann bestimmungsgemäss verwendet werden 200.After a corresponding parameter set is available for every possible overall state, the initial compensation 100 is completed and the device can be used as intended 200.

In Figur 9b wird eine Initialkompensation 100 gezeigt, die in einem erfindungsgemässen Verfahren verwendbar ist. Wie oben mit Bezug zu Figur 9a beschrieben, werden zunächst nacheinander drei Gesamtzustände des Gerätes hergestellt (Schritte 111, 112, 121, 122, 131, 132), wobei jeweils ein erstes, zweites und drittes Magnetfeld gemessen werden (Schritte 113, 123, 133) und entsprechende Parametersätze ermittelt (Schritte 114, 124, 134) und gespeichert werden 150. Vorteilhaft entfällt hier erfindungsgemäss die Messung im vierten Gesamtzustand. Statt dessen kann wie weiter oben dargestellt aus den drei bekannten Parametersätzen der vierte Parametersatz abgeleitet 145 werden.In FIG. 9b an initial compensation 100 is shown, which can be used in a method according to the invention. As above with respect to FIG. 9a described, three successive states of the device are first prepared successively (steps 111, 112, 121, 122, 131, 132), wherein in each case a first, second and third magnetic field are measured (steps 113, 123, 133) and corresponding parameter sets determined (steps 114, 124, 134) and are stored 150. According to the invention, the measurement in the fourth overall state advantageously does not apply here. Instead, as shown above, the fourth parameter set can be derived 145 from the three known parameter sets.

Dieser entspricht dem in Figur 9a aus dem vierten gemessenen Magnetfeld ermittelten Parametersatz und enthält dementsprechend Informationen über das vierte Magnetfeld des vierten Gesamtzustandes, ohne dass dieser Gesamtzustand im Rahmen der Initialkompensation 100 hergestellt werden musste oder das entsprechende Magnetfeld gemessen werden musste. Der vierte Parametersatz wird abgespeichert 150, womit die Initialkompensation 100 abgeschlossen ist, und das Gerät bestimmungsgemäss (d. h. wie z. B. in Figur 3 gezeigt) verwendet 200 werden kann.This corresponds to the in FIG. 9a From the fourth measured magnetic field determined parameter set and accordingly contains information about the fourth magnetic field of the fourth overall state, without this overall state had to be made within the initial compensation 100 or the corresponding magnetic field had to be measured. The fourth parameter set is stored 150, with which the initial compensation 100 is completed, and the device is used as intended (ie, as in eg FIG. 3 shown) can be used 200.

Claims (15)

Optoelektronisches Messgerät (1) mit einem elektronischen Magnetkompass (10) zum Bestimmen einer azimutalen Ausrichtung (a) des Messgeräts (1) und einer dem Magnetkompass (10) zugeordneten Kompensationseinrichtung (50) zum Kompensieren gerätefester Störfelder, wobei - das Messgerät (1) dazu ausgestaltet ist, mindestens zwei definierte, wiederholbare Betriebszustände einzunehmen, wobei das Messgerät (1) in jedem der Betriebszustände ein unterschiedliches gerätefestes Störfeld aufweist, und - die Kompensationseinrichtung (50) eine Recheneinheit aufweist sowie eine Kompensationsfunktionalität zum Durchführen einer Initialkompensation (100) des elektronischen Magnetkompasses (10) in einem ersten und einem zweiten Betriebszustand des Messgerätes (1), dadurch gekennzeichnet, dass - das Messgerät (1) dazu ausgestaltet ist, mindestens zwei definierte, wiederholbare Anwendungszustände einzunehmen, wobei der Magnetkompass (10) in jedem der Anwendungszustände einem unterschiedlichen externen magnetischen Störfeld ausgesetzt ist, und - die Kompensationseinrichtung (50) zusätzlich zum Kompensieren der externen Störfelder ausgestaltet ist, wobei die Kompensationseinrichtung (50) dazu ausgestaltet ist, im Rahmen der Kompensationsfunktionalität - mittels des Magnetkompasses ▪ einen ersten Magnetfeldsatz in einem ersten Gesamtzustand des Messgerätes (1) zu messen (113), in dem das Messgerät (1) den ersten Betriebszustand und einen ersten Anwendungszustand einnimmt, ▪ einen zweites Magnetfeldsatz in einem zweiten Gesamtzustand des Messgerätes (1) zu messen (123), in dem das Messgerät (1) den zweiten Betriebszustand und den ersten Anwendungszustand einnimmt, und ▪ einen dritten Magnetfeldsatz in einem dritten Gesamtzustand des Messgerätes (1) zu messen (133), in dem das Messgerät (1) den ersten Betriebszustand und einen zweiten Anwendungszustand einnimmt; und - durch die Recheneinheit ▪ jeweils basierend auf dem ersten, zweiten und dritten Magnetfeldsatz einen ersten, zweiten und dritten Parametersatz zu bestimmen (114, 124, 134), und ▪ basierend auf dem ersten, zweiten und dritten Parametersatz einen vierten Parametersatz abzuleiten (145). Optoelectronic measuring device (1) with an electronic magnetic compass (10) for determining an azimuthal orientation (a) of the measuring device (1) and a compensation device (50) associated with the magnetic compass (10) for compensating device-fixed interference fields - The measuring device (1) is adapted to occupy at least two defined, repeatable operating states, wherein the measuring device (1) in each of the operating states has a different device fixed interference field, and - The compensation device (50) has a computing unit and a compensation functionality for performing an initial compensation (100) of the electronic magnetic compass (10) in a first and a second operating state of the measuring device (1), characterized in that - The measuring device (1) is adapted to take at least two defined, repeatable application states, wherein the magnetic compass (10) is exposed in each of the application states a different external magnetic interference field, and the compensation device (50) is additionally designed to compensate the external interference fields, wherein the compensation means (50) is adapted to, in the context of the compensation functionality - by means of the magnetic compass To measure (113) a first magnetic field set in a first overall state of the measuring device (1), in which the measuring device (1) assumes the first operating state and a first application state, ▪ to measure (123) a second magnetic field set in a second overall state of the measuring device (1), in which the measuring device (1) assumes the second operating state and the first application state, and ▪ measuring (133) a third magnetic field set in a third overall state of the measuring device (1), in which the measuring device (1) assumes the first operating state and a second application state; and - by the arithmetic unit ▪ Determining a first, second and third set of parameters based on the first, second and third magnetic field set (114, 124, 134), and ▪ derive a fourth parameter set based on the first, second, and third parameter sets (145). Messgerät (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der abgeleitete vierte Parametersatz einem Parametersatz entspricht, der basierend auf einem vierten Magnetfeldsatz bestimmbar ist, der in einem vierten Gesamtzustand des Messgerätes (1), in dem das Messgerät (1) den zweiten Betriebszustand und den zweiten Anwendungszustand einnimmt, messbar ist.
Measuring device (1) according to claim 1,
characterized in that
the derived fourth parameter set corresponds to a parameter set which is determinable based on a fourth magnetic field set measurable in a fourth overall state of the measuring device (1) in which the measuring device (1) assumes the second operating state and the second application state.
Messgerät (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Messgerät (1) ein handhaltbares optoelektronisches Beobachtungsgerät ist, insbesondere aufweisend - eine Anzeigeeinheit zum Anzeigen von Messdaten, insbesondere aufweisend die azimutale Ausrichtung (a), und/oder - eine Schnittstelle zum Bereitstellen eines Signals, das Information über die azimutale Ausrichtung (a) umfasst, für einen externen Empfänger, insbesondere ein Geographisches Informationssystem, eine militärische Feuerleiteinrichtung oder ein handhaltbares Datenverarbeitungsgerät.
Measuring device (1) according to claim 1 or claim 2,
characterized in that
the measuring device (1) is a handheld optoelectronic observation device, in particular comprising a display unit for displaying measured data, in particular having the azimuthal orientation (a), and / or - An interface for providing a signal that includes information about the azimuthal orientation (a), for an external receiver, in particular a geographic information system, a military fire control device or a hand-held data processing device.
Messgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Magnetkompass (10) mindestens drei gerätefest angeordnete Messsensoren zum Messen eines Magnetfelds und der Richtung des Gravitationsfelds aufweist.
Measuring device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that
the magnetic compass (10) has at least three measuring sensors arranged fixed to the device for measuring a magnetic field and the direction of the gravitational field.
Messgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Kompensationseinrichtung (50) zum Kompensieren hartmagnetischer und weichmagnetischer gerätefester Störfelder ausgestaltet ist.
Measuring device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that
the compensation device (50) is designed to compensate for hard-magnetic and soft-magnetic device-fixed interference fields.
Messgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Messgerät (1) dazu ausgestaltet ist, an einem externen Gerät (80, 81, 82) angebracht zu werden, das ein externes Störfeld erzeugt, und in mindestens einem der mindestens zwei Anwendungszustände an dem externen Gerät (80, 81, 82) angebracht ist, wobei der erste und der zweite Anwendungszustand des Messgerätes (1) sich hinsichtlich des externen Störfeldes des externen Gerätes (80, 81, 82) voneinander unterscheiden, insbesondere wobei das Messgerät (1) dazu ausgestaltet ist, - an verschiedenen externen Geräten (80, 81, 82) angebracht zu werden, die unterschiedliche externe Störfelder erzeugen, und/oder - an einem externen Gerät (80, 81, 82) angebracht zu werden, das dazu ausgestaltet ist, mindestens zwei definierte, wiederholbare Zustände einzunehmen, wobei das externe Gerät in jedem der Zustände ein unterschiedliches externes Störfeld erzeugt.
Measuring device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that
the meter (1) is adapted to be attached to an external device (80, 81, 82) that generates an external noise field, and attached to the external device (80, 81, 82) in at least one of the at least two application states is, where the first and the second application state of the measuring device (1) differ from one another with regard to the external interference field of the external device (80, 81, 82), in particular wherein the measuring device (1) is designed to - To be attached to various external devices (80, 81, 82) that produce different external interference fields, and / or to be attached to an external device (80, 81, 82) adapted to occupy at least two defined, repeatable states, wherein the external device generates a different external interference field in each of the states.
Messgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Kompensationseinrichtung (50) eine Erfassungseinheit zum Erfassen eines aktuellen Betriebszustandes und/oder Anwendungszustandes des Messgerätes (1) aufweist, insbesondere wobei die Erfassungseinheit dazu ausgestaltet ist den aktuellen Betriebszustand bzw. Anwendungszustand automatisch zu erfassen.
Measuring device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that
the compensation device (50) has a detection unit for detecting a current operating state and / or application state of the measuring device (1), in particular wherein the detection unit is configured to automatically detect the current operating state or application state.
Messgerät (1) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Erfassungseinheit dazu ausgestaltet ist, - eine Datenverbindung mit dem externen Gerät (80, 81, 82) herzustellen, - Daten über einen aktuellen Zustand des externen Gerätes (80, 81, 82) mittels der Datenverbindung zu empfangen, und - den aktuellen Anwendungszustand des Messgerätes (1) basierend auf den Daten über den aktuellen Zustand des externen Gerätes (80, 81, 82) zu ermitteln.
Measuring device (1) according to claim 7,
characterized in that
the detection unit is designed to to establish a data connection with the external device (80, 81, 82), - Receive data on a current state of the external device (80, 81, 82) by means of the data connection, and - To determine the current application state of the measuring device (1) based on the data on the current state of the external device (80, 81, 82).
Messgerät (1) nach Anspruch 7 oder Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass - der erste und der zweite Betriebszustand des Messgerätes (1) sich zumindest hinsichtlich eines aktuellen Zustandes eines zuschaltbaren elektrischen Systems des Messgerätes (1) voneinander unterscheiden, insbesondere darin, dass das elektrische System des Messgerätes (1) ein- bzw. ausgeschaltet ist, und - die Erfassungseinheit zum Erkennen eines aktuellen Zustandes des elektrischen Systems ausgestaltet ist, insbesondere wobei - der erste und der zweite Betriebszustand des Messgerätes (1) sich in einer aktuellen Stromstärke und/oder Spannung in dem elektrischen System voneinander unterscheiden, und - die Erfassungseinheit zum Ermitteln einer aktuellen Stromstärke und/oder Spannung in dem elektrischen System ausgestaltet ist.
Measuring device (1) according to claim 7 or claim 8,
characterized in that - The first and the second operating state of the measuring device (1) differ from each other, at least in terms of a current state of a switchable electrical system of the measuring device (1), in particular in that the electrical system of the measuring device (1) is switched on or off, and - The detection unit is configured for detecting a current state of the electrical system, in particular wherein - The first and the second operating state of the measuring device (1) differ from each other in a current current and / or voltage in the electrical system, and - The detection unit is designed to determine an actual current and / or voltage in the electrical system.
Messgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
mindestens ein hart- oder weichmagnetisches Bauteil, das dazu ausgestaltet ist, mindestens zwei unterschiedliche Positionen im oder am Messgerät (1) einzunehmen, wobei der erste und der zweite Betriebszustand sich darin voneinander unterscheiden, dass das hart- oder weichmagnetische Bauteil jeweils eine andere Position aufweist, insbesondere wobei das hart- oder weichmagnetische Bauteil - ein mechanischer Schalter (40, 44), insbesondere ein von einem Benutzer zu betätigender Kipp-, Dreh- oder Schiebeschalter ist, oder - ein motorisiert verfahrbares Element ist, insbesondere im Rahmen eines Zoom-Vorgangs verfahrbares optisches Element (32).
Measuring device (1) according to one of the preceding claims, characterized by
at least one hard or soft magnetic component, which is designed to occupy at least two different positions in or on the measuring device (1), wherein the first and the second operating state differ from each other in that the hard or soft magnetic component respectively has a different position, in particular where the hard or soft magnetic component a mechanical switch (40, 44), in particular a tilt, turn or slide switch to be actuated by a user, or - Is a motorized movable element, in particular in the context of a zoom operation movable optical element (32).
Verfahren zur Kompensation eines Magnetkompasses (10), wobei der Magnetkompass Teil eines Gerätes ist, insbesondere eines optoelektonischen Messgerätes (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gerät dazu ausgestaltet ist, mindestens zwei definierte, wiederholbare Betriebszustände einzunehmen, und in jedem der Betriebszustände ein unterschiedliches gerätefestes magnetisches Störfeld aufweist, wobei das Verfahren aufweist - ein Messen (113) eines ersten Magnetfeldsatzes mittels des Magnetkompasses (10) unter dem Einfluss eines ersten Störfeldes des in einem ersten Betriebszustand befindlichen Gerätes, - ein Bestimmen (114) eines ersten Parametersatzes basierend auf dem ersten Magnetfeldsatz, - ein Messen (123) eines zweiten Magnetfeldsatzes mittels des Magnetkompasses (10) unter dem Einfluss eines zweiten Störfeldes des in einem zweiten Betriebszustand befindlichen Gerätes, und - ein Bestimmen (124) eines zweiten Parametersatzes basierend auf dem zweiten Magnetfeldsatz, gekennzeichnet durch - ein Messen (133) eines dritten Magnetfeldsatzes mittels des Magnetkompasses (10) unter dem Einfluss eines externen Störfeldes und des ersten Störfeldes des in dem ersten Betriebszustand befindlichen Gerätes, - ein Bestimmen (134) eines dritten Parametersatzes basierend auf dem dritten Magnetfeldsatz, und - ein Ableiten (145) eines vierten Parametersatzes basierend auf dem ersten, zweiten und dritten Parametersatz, wobei der abgeleitete vierte Parametersatz einem Parametersatz entspricht, der basierend auf einem vierten Magnetfeldsatz bestimmbar ist, der unter dem Einfluss des externen Störfeldes und des zweiten Störfeldes des in dem zweiten Betriebszustand befindlichen Gerätes messbar ist.A method for compensating a magnetic compass (10), the magnetic compass being part of a device, in particular an optoelectronic measuring device (1) according to one of the preceding claims, the device being designed to assume at least two defined, repeatable operating states and in each of the operating states having a different device fixed magnetic interference field, the method comprising measuring (113) a first magnetic field set by means of the magnetic compass (10) under the influence of a first interference field of the device in a first operating state, determining (114) a first parameter set based on the first magnetic field set, - Measuring (123) of a second magnetic field set by means of the magnetic compass (10) under the influence of a second interference field of the device in a second operating state, and determining (124) a second parameter set based on the second magnetic field set, marked by - Measuring (133) of a third magnetic field set by means of the magnetic compass (10) under the influence an external interference field and the first interference field of the device in the first operating state, - determining (134) a third parameter set based on the third magnetic field set, and deriving (145) a fourth parameter set based on the first, second and third parameter set, wherein the derived fourth parameter set corresponds to a set of parameters that is determinable based on a fourth set of magnetic field measurable under the influence of the external disturbance field and the second disturbance field of the device in the second operating state. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
das externe magnetische Störfeld durch ein Anbringen des Gerätes an einem externen Gerät (80, 81, 82) bewirkt wird, insbesondere wobei das externe Gerät (80, 81, 82) das externe magnetische Störfeld erzeugt.
Method according to claim 11,
characterized in that
the external magnetic interference field is caused by attaching the device to an external device (80, 81, 82), in particular wherein the external device (80, 81, 82) generates the external magnetic interference field.
Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
das externe magnetische Störfeld durch eine Zustandsänderung an einem externen Gerät (80, 81, 82) an dem das Gerät angebracht ist, bewirkt wird, insbesondere wobei das externe Gerät (80, 81, 82) das externe magnetische Störfeld erzeugt.
Method according to claim 11,
characterized in that
the external magnetic interference field is caused by a state change on an external device (80, 81, 82) to which the device is attached, in particular wherein the external device (80, 81, 82) generates the external magnetic interference field.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
gekennzeichnet durch
ein automatisches Erkennen des ersten und zweiten Betriebszustandes des Gerätes, insbesondere aufweisend ein Erkennen - eines aktuellen Zustandes eines elektrischen Systems des Gerätes, und/oder - einer aktuellen Position (44) eines hart- oder weichmagnetischen Bauteiles des Gerätes.
Method according to one of claims 11 to 13,
marked by
an automatic recognition of the first and second operating state of the device, in particular having a recognition - A current state of an electrical system of the device, and / or - A current position (44) of a hard or soft magnetic component of the device.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Ausführung mindestens der folgenden Schritte des Verfahrens nach Anspruch 12, insbesondere wenn das Programm auf einer als Kompensationseinrichtung (50) des Messgerätes (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildeten elektronischen Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird: - Bestimmen (114) des ersten Parametersatzes basierend auf dem ersten Magnetfeldsatz, - Bestimmen (124) des zweiten Parametersatzes basierend auf dem zweiten Magnetfeldsatz, - Bestimmen (134) des dritten Parametersatzes basierend auf dem dritten Magnetfeldsatz, und - Ableiten (145) des vierten Parametersatzes basierend auf dem ersten, zweiten und dritten Parametersatz. Computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier, for carrying out at least the following steps of the method according to claim 12, in particular when the program on an electronic data processing unit designed as compensation device (50) of the measuring device (1) according to one of claims 1 to 11 is performed: Determining (114) the first parameter set based on the first magnetic field set, Determining (124) the second parameter set based on the second magnetic field set, Determining (134) the third parameter set based on the third magnetic field set, and Deriving (145) the fourth parameter set based on the first, second and third parameter set.
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